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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA BACHARELADO EM CI ˆ ENCIA DA COMPUTAC ¸ ˜ AO Robson Eli Strobel Uma Infraestrutura de Rede Sem Fio para Ambientes Cl´ ınico-Hospitalares Monografia submetida ` a Universidade do Estado de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenc ¸˜ ao do grau de Bacharel em Ciˆ encia da Computac ¸˜ ao. Prof. Charles Christian Miers, M.Sc. Orientador Prof. Ricardo Ferreira Martins, M.Eng. Co-Orientador Joinville, Novembro de 2006

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINABACHARELADO EM CIENCIA DA COMPUTACAO

Robson Eli Strobel

Uma Infraestrutura de Rede Sem Fio para AmbientesClınico-Hospitalares

Monografia submetida a Universidade do Estado de Santa Catarina como parte dos requisitos para

a obtencao do grau de Bacharel em Ciencia da Computacao.

Prof. Charles Christian Miers, M.Sc.Orientador

Prof. Ricardo Ferreira Martins, M.Eng.Co-Orientador

Joinville, Novembro de 2006

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Uma Infraestrutura de Rede Sem Fio para AmbientesClınico-Hospitalares

Robson Eli Strobel

Esta Monografia foi julgada adequada para a obtencao do tıtulo de Bacharel em Ciencia da Computacao,

Area de Concentracao Sistemas de Computacao, e aprovada em sua forma final pelo Departamento

de Ciencia da Computacao.

Prof. Charles Christian Miers, M.Sc.

Orientador

Prof. Ricardo Ferreira Martins, M.Eng.

Co-Orientador

Prof. Jose Luiz Mendes, M.Sc.

Coordenador do Curso

Banca Examinadora

Prof. Mauricio Aronne Pillon, Dr.

Prof. Omir Alves, M.Eng

Prof. Ricardo Ferreira Martins, M.Eng.

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Ninguem e tao grande que nao possa aprender, nem tao pequeno que naopossa ensinar. (Autor desconhecido)

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Aos meus pais pela confianca depositada em mim, dedico todo meu esforco

em virtude de suas vidas!!!

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Agradecimentos

Primeiramente a Deus pela forca de espırito que muitas vezes me tranquilizou

durante esta graduacao

Um especial agradecimento ao professor Charles Christian Miers pela excelente

orientacao que me proporcionou, por compreender minhas dificuldades iniciais e nortear minhas

decisoes para um fim vitorioso.

Agradeco tambem a atencao de meu Co-orientador Ricardo Ferreira Martins, sempre agregando

grandes ideias ao projeto em questao.

Ao senhor Wagner Valente pelos materiais disponibilizados e pelas oportunida-

des de pesquisa campo, proporcionados junto ao hospital Dona Helena.

E por fim agradeco a todos os professores e colaboradores do departamento de

Ciencia da Computacao, que ajudam a fazer deste curso extremamente proveitoso

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Sumario

Sumario vi

Lista de Figuras ix

Lista de Tabelas xi

Lista de Siglas 1

Resumo 3

Abstract 4

1 Introducao 1

2 Conceitos Basicos de Redes Sem Fio 1

2.1 Historico das Principais Tecnologias Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2.1.1 Redes Sem Fio para Dispositivos Celulares . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.2 Redes Sem Fio para Computadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Arquitetura de Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2.1 Meios de transmissao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2.2 Padroes de protocolos de acesso ao meio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2.3 Topologias de Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3 Tecnologias de Redes Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3.1 Irradiacao do Sinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.3.2 Questoes Normativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.4 Modo de Operacao das Redes Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.5 Redes em Malha Sem Fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.6 Consideracoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

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vii

3 Redes Hospitalares 38

3.1 Estudos Correlacionados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2 Classificacao de Abrangencias da Rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.2.1 Ambiente Externo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.2.2 Ambiente Interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.3 Estudo da Infra-Estrutura do Hospital Dona Helena . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.4 Correlacao Hospital Dona Helena e Hospitais em Geral . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.5 Consideracoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4 Prova de Conceito Hospital Dona Helena 60

4.1 Site Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1.1 Ambientes Crıticos do Hospital Dona Helena . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.1.2 Estrategia de Resolucao Externa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.1.3 Estrategia de Resolucao Interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.2 Rede em malha Hospitalar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.3 Composicao dos Mapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.3.1 Leitura dos Mapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.3.2 Mapas do Hospital Dona Helena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.4 Efeitos anomalos encontrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.5 Definicao de Composicao de Mapas para Ambientes Hospitalares Genericos . . . . 94

4.6 Consideracoes Finais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

5 Consideracoes Finais 97

A Protocolos de acesso ao meio de transmissao sem fios 100

A.0.1 CSMA/CA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

B Conceitos Basicos de Qualidade de Servico 102

C Plano de Trabalho de Conclusao de Curso 103

D Alteracoes no Plano do Projeto 104

E Mapas 105

F Procedimentos Site Survey 120

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G Relacao Pre-Site Survey 122

H Planta Baixa do Pavimento Terreo 123

Referencias Bibliograficas 125

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Lista de Figuras

2.1 Grafico da evolucao das principais tecnologias de comunicacao sem fios . . . . . . 3

2.2 Exemplo de possıvel topologia usando Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 Processo de obtencao de acesso ao meio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4 Exemplo de topologia para rede metropolitana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5 Tres modelos basicos de topologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.6 Topologia em malha completa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.7 Topologia em malha irregular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.8 Exemplo de possıvel aplicacao de rede sem fio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.9 Modelos de Irradiacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.10 Modelos de Mapa para alocacao de canais em multiplos pontos de acesso . . . . . 28

2.11 Tres modos basicos de operacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.12 Exemplo de Topologia em Malha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.1 Modelo Projeto Rede Externa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.2 Modelo Operacional da Rede Interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.3 Exemplo de Sistemas de Distribuicao das Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.4 Exemplo de Modelo de Rede Centralizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.5 Exemplo de distribuicao das alas do Hospital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.6 Modelo de Malha Sem Fio de Multiplos Saltos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.7 Modelo Generico de Organizacao para Entidades Hospitalares Publicas . . . . . . 58

4.1 Metodo de fixacao para utilizacao dos equipamentos . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.2 Antenas utilizadas para o Site Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.3 Espectro sala de ressonancia Computadorizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.4 Dados de leitura na Sala de Ressonancia Computadorizada . . . . . . . . . . . . . 66

4.5 Analise de caso posicionamento setoriais com resolucao externa . . . . . . . . . . 68

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4.6 Foto do posicionamento setorial externo, em frente ao refeitorio . . . . . . . . . . 69

4.7 Formacao dos enlaces sem fio na rede interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.8 Comparacao do nıvel de ruıdo capturado por dois tipos de antenas . . . . . . . . . 71

4.9 Configuracao da malha com duas interfaces/redes sem fio . . . . . . . . . . . . . . 76

4.10 Configuracao da malha com uma unica interface sem fio . . . . . . . . . . . . . . 77

4.11 Configuracao da malha arquitetura hibrida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.12 Diagrama de irradiacao horizontal das antenas utilizadas no hospital Dona Helena . 81

4.13 Local central entre os blocos DH2 e DH3, para posicionamento da antena Omni-

direcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.14 Posicionamento de antenas nas esquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.15 Site do centro cirurgico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.16 Analise de influencia por harmonicos na rede sem fio . . . . . . . . . . . . . . . . 92

4.17 Condicoes normais de operacao da rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.18 Analise de 30 Segundos de disparo de Raio-X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

E.1 Mapa de antenas omni-direcionais na pavimento terreo . . . . . . . . . . . . . . . 106

E.2 Mapa de antenas Setoriais na pavimento terreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

E.3 Proposta de orientacao eletromagnetica para o Pavimento Terreo . . . . . . . . . . 108

E.4 Mapeamento eletromagnetico Omni-direcional do Primeiro Andar . . . . . . . . . 109

E.5 Mapeamento eletromagnetico Setorial do Primeiro Andar . . . . . . . . . . . . . . 110

E.6 Proposta de solucao para o Primeiro Andar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

E.7 Mapa de antenas omni-direcionais no Segundo Andar . . . . . . . . . . . . . . . . 112

E.8 Mapa de antenas Setoriais no Segundo andar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

E.9 Proposta de orientacao eletromagnetica para o segundo andar . . . . . . . . . . . . 114

E.10 Mapa de antenas Setoriais no Terceiro Andar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

E.11 Mapa de antenas omni-direcionais no Terceiro Andar . . . . . . . . . . . . . . . . 116

E.12 Proposta de orientacao eletromagnetica para o Terceiro Andar . . . . . . . . . . . 117

E.13 Mapa de antenas omni-direcionais no Quarto Andar . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

E.14 Proposta de orientacao eletromagnetica para o Quarto Andar . . . . . . . . . . . . 119

H.1 Planta baixa do pavimento terreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

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Lista de Tabelas

2.1 Variantes dos Protocolos 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2 Caracterısticas das classes de protocolos MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1 Setores e Equipamentos do Hospital Dona Helena . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.2 Infraestrutura Comum de Hospitais Classe Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1 Nıveis de qualidade de sinal entre os ındices SNR (medidas em dB‘s) . . . . . . . 64

4.2 Analise de consumo de recursos da rede hospitalar, de acordo com perfis de usuario 74

4.3 Dados referencia para homologacao de sensibilidade de equipamentos certificados

ANATEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

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Lista de Siglas

ACL Asynchronous Connectionless

AMPS Advanced Mobile Phone System

AP Point Acess

ARPANET Advanced Research Projects Agency Network

BSS Basic Service Set

CAP Contention Access Period

CDMA Code Division Media Access

CDMA2000 Code Division Multiple Access 2000

CFP Contention-free Period

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection

DARPA Defense Advanced Research Projects Agency

DCF Distributed Coordination Function

DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum

EDGE Enhanced Data rates for Global Evolution

EVDO Evolution-Data Optimized

FDDI Fiber Distributed Data Interface

FHSS Frequency-Hopping Spread Spectrum

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications

Hiperlan High Performance Local Area Network

IBSS Independent Basic Service Set

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

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2

IP Internet Protocol

ISO International Standardization Organization

MAC Medium Access Chanel

MCS Japanese Mobile Cellular System

MSAP Minislotted Alternating Priorities

MSSP Minislotted Priority Polling

NAMPS Narrowband AMPS

NMT Nordic Mobile Telephone

NP network parameter

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

PCF Point Coordination Function

PDA Portable Digital Assistant

PRNet Packet Radio Network

QoS Quality of Service

RJE Remote Job Entry

RM/OSI Reference Model for Open Systems Interconnection

RTT Real Time Transport

SCO Synchronous Connection-Oriented

TACS Total Access Communication System

TCU Transmission Control Unit

TDMA Time Division Media Access

UDESC Universidade do Estado de Santa Catarina

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UTI Unidade de Terapia Intensiva

UTP Unshielded Twisted Pair

WCDMA Wide-Band Code-Divison Multiple Access

WLAN Wireless Local Area Networks

WMAN Broadband Wireless Metropolitan Area Networks

WPAN Wireless Personal Area Networks

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Resumo

Este trabalho de conclusao de curso tem por objetivo propor uma infraestrutura

de rede sem fios para ambientes clınico-hospitalares, a fim de propiciar uma facil monitoracao

acompanhamento de pacientes que se encontram dentro e fora do hospital. Para tanto, segue deste

trabalho a an´alise das principais tecnologias de comunicacao sem fio, a fim de embasar a proposta

com conhecimento tecnico. Para o emprego deste conhecimento tecnico e feito uma analise gene-

ralizada dos ambientes internos aos hospitais sobre os aspectos clınicos, fluxo de dados estruturais

encontrados nestas instituicoes, a fim de que sejam encontrados elementos (Equipamentos / Ca-

racterısticas) comuns a outros hospitais. Para isto, contando com uma pesquisa campo viabilizado

pela an´alise do Hospital Dona Helena, e em comparativo aos dados obrigatoriamente publica-

dos/atualizados anualmente por todos os hospitais a partir do Sistema Unico Saude(SUS) [SAA,

2006].

Baseado nos estudos e constatado a necessidade de emprego de metodos seguros

para propagacao do sinal. Sendo assim, modelos de predicao e estrategias de Site Survey sao estu-

dados e sugeridos para analise do ambiente hospitalar. Entretanto, das tecnologias mais adequadas

ao emprego hospitalar, constatou-se muita heterogeneidade do ambiente, variando o setor podera

ser empregado tecnologias distintas de propagacao do sinal. Porem, o que ficou claro foi o uso

de topologias em malha como forma de aumentar a confianca na rede sem fio. O estudo do am-

biente, entre outras, serviu para definir o que existe de organizacao e infraestrutura comum entre

diferentes hospitais, e isto foi determinante para a formalizacao de uma infraestrutura de rede sem

fio generica.

Palavras Chaves: Redes Sem Fio, Pontos de Acesso, Redes em Malha, Infraestrutura Hospitalar

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Abstract

This final course work has as objective to propose a wireless network infrastruc-

ture for the hospitals environments to help in an easy way to monitor patients, inside and outside

of the hospital. Therefore, this work starts with an analysis of the main wireless communication

technologies, in order to base the proposal with a technical knowledge. However, to apply this

technical knowledge, has been made a generic analysis of the internal environment of an hospital,

about the clinical aspects, data flow and structural. Field researches made possible by the analysis

of the Dona Helena Hospital in Joinville/SC.

Based on these studies, it was verified the need of using safe methods for the

signal propagation. Being this a serious issue, prediction models are studied and suggested by the

analysis of the hospital environment. However, of the most appropriate technologies for this job,

it was found a lot of heterogeneity in the environment, changing a lot from one place to another,

being necessary the use of different technologies to broadcast the signal. However, what was clear

was the use of mesh topologies as form of increasing the trust of the wireless networks. Studying

the hospital environments, among others, was very important to define what exists of organization

and common infrastructure among different hospitals, and it was decisive for the formalization of

a wireless network infrastructure.

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Capıtulo 1

Introducao

Esta monografia tem como objetivo geral a definicao de uma proposta de infra-

estrutura de rede com suporte sem fio para ambientes hospitalares, a fim de melhorar a qualidade

do servico de atendimento dos pacientes. Na inicialmente e realizada a definicao/embasamente das

tecnologias de rede guiada e sem fios como revisao bibliografica, o estudo de caracterısticas dos

ambientes clınicos, estudo de efeitos gerados pelos equipamentos da rede sobre os equipamentos

clınico/hospitalares e a realizacao de analises de campo. Na continuidade procedeu-se empregando

os conhecimentos para fundamentar as analises de campo, com o objetivo de definir os mapas de

cobertura eletromagnetica que especifica esta infraestrutura.

A monografia, como um todo, contempla o estudo da infraestrutura necessaria

para compor uma rede sem fio clınico-hospitalar, com o objetivo de prover uma base para posterior

desenvolvimento de servicos (mobilidade, disponibilidade e seguranca na manutencao dos dados

clınicos dos hospitais) permitindo maior controle e organizacao dos dados das pessoas utilizadoras

de ambientes hospitaleres, aumentando a agilidade dos processos que sao determinantes para o

bom funcionamento da instituicao. A partir destes problemas, os artifıcios proporcionados pelas

redes sem fio podem ser empregados para a solucao de muitos problemas. Contudo, sabe-se que o

ambiente hospitalar demanda de muito zelo pela vida, e qualquer sistema nele empregado deve ser

exaustivamente estudado e testado antes de ser realizado.

A partir dos estudos realizados, em alguns ambientes clınicos, percebe-se que a

partir do momento de solicitacao de socorro, o paciente fica desabrigado de suporte clınico espe-

cializado. Entretanto, mesmo em casos de socorro por ambulancias de terapia intensiva, existe a

falta de acompanhamento do gestor do leito/instituicao que tera que abrigar este paciente. Este fato

gera uma porcao de contratempos na definicao de medicamentos, de alocacao de leitos, agravado

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pela falta de informacoes de gravidade do caso. Sendo assim, evidencia-se a falta de controle sobre

os dados gerados pelo evento em torno do paciente.

A forma de viabilizar a implantacao da rede sem fio, com enlaces internos e

externo, exige considerar a analise dos riscos oferecidos as pessoas que permanecem no meio de

comunicacao, dos riscos de paralisacao do funcionamento de equipamentos clınicos e implantes

medicos e dos riscos de interferencia no correto funcionamento da rede devido suas caracterısticas

eletromagneticas em operacao conjunta com setores de emissao de tais radiacoes como o CDI.

A estrutura do trabalho foi dividida de forma a dar fundamentacao teorica nos

assuntos tecnologicos envolvidos, seguindo-se da definicao do ambiente e estudo de caso de uma

situacao que ira gerar a base de definicao abstrata sobre o assunto. No capıtulo que trata do le-

vantamento tecnologico primeiramente foi realizado o historico das principais tecnologias sem fio,

considerando os sistemas celulares, porem focando nos sistemas de comunicacao entre computado-

res. A partir deste levantamento foi feito o estudo generico dos padroes e elementos que envolvem

uma arquitetura de rede. Desta arquitetura, seguiu-se um estudo sobre os modos de operacao das

redes sem fio em analogia as diferentes topologias estudadas, e focando na topologia de malhas.

Por fim, realizou-se o estudo das topologias em malha e as suas propriedades para as redes sem fio.

No capıtulo que trata dos ambientes clınicos, fala-se inicialmente sobre os estudos correlacionados

encontrados, verificando a inexistencia da preocupacao com o emprego de tais redes nos ambientes

hospitalares, motivando este estudo e requisitando analises de campo comprobatorios.

Para as analises de campo realiza-se a classificacao de abrangencias para resolucao

da rede em dois ambientes, o interno e o externo aos predios do Hospital Dona Helena. A definicao

de Site Survey, as metodologias de descobrimento que existem e a especificacao de uma delas para

ser empregada nas analises de campo. Por ultimo e mais importante, a realizacao das analises de

referenciacao eletromagnetica. Definicao dos mapas de proposta de resolucao, com os pontos de

enlace guiado ou sem fio e caracterizacao da malha.

Dentre as tecnologias de rede sem fio, as que mais se deve destacar sao as que

dizem respeito aos metodos de controle de acesso ao meio, levando em conta que o meio, espectro

eletromagnetico, e algo em comum para muitos sistemas, que podem nao ter nenhuma relacao com

a rede sem fio porem pode influencia-la. Entretanto, e realizado o estudo efetivo das tecnologias

que proporcionam a propagacao do sinal, sendo que estas estao diretamente ligadas aos metodos

de acesso anteriormente citados, inclusive o levantamento historico de sistemas celulares. Para

posteriormente realizar-se um embasamento do que se tem de arquitetura para fundamentacao de

redes sem fio. Para isso considerando os modelos de topologias basicas para abordagem dos con-

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ceito que melhor caracterizariam uma topologia de rede sem fio hospitalar. Dentre estas topologias

muitas variacoes foram analisadas, porem a que melhor se enquadrou nas questoes que estavam

sendo levantadas nos ambientes hospitalares foi as topologias em malha. Um dos fatores que con-

tribui para esta definicao, foi a propriedade de adaptacao facil das redes sem fio, disponibilidade e

performance proporcionados por este modelo, passando esta topologia a ser o foco do trabalho.

Contudo, este estudo esta voltado diretamente a definicao de modelos genericos

de ambientes de clınica hospitalar. Embora, o campo de analise tenha suas caracterısticas proprias,

existe a definicao e normalizacoes do que deve possuir de infraestrutura comum entre as entidades

de saude. Garantindo assim a viabilidade de um modelo generico de infraestrutura para a rede

sem fio de diferentes hospitais. Contudo, a estruturacao do trabalho primeiro buscou o embasa-

mento tecnologico, seguindo de definicoes dos contextos e ambientes, para finalmente concretizar

a especificacao de uma prova de conceitos.

Sendo assim, a metodologia empregada para execucao do projeto visa inicial-

mente a revisao bibliografica sobre as tecnologias que envolvem a formulacao de uma rede sem

fio e tambem as redes guiadas. Servindo assim como fundamentacao de ideias e a producao do

trabalho escrito. Outra tecnica metodologica empregada para obtencao dos dados empıricos para

a contemplacao dos mapas de referenciacao, e a realizacao de analises de campo em cooperacao

com o Hospital Dona Helena. Contudo, esta cooperacao visa obter informacoes a respeito dos am-

bientes, retratando a realidade de cada setor e a forma como os processos de comunicacao ocorrem

sem a existencia da rede sem fio. Visando assim levantar os aspectos que justificaram esta proposta

de infraestrutura de maneira generalizada.

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Capıtulo 2

Conceitos Basicos de Redes Sem Fio

Diante do crescimento dos meios de comunicacao, as redes de computadores ti-

veram uma expressiva contribuicao para grandes feitos. No principio deste processo de evolucao

muitos problemas estruturais causaram um verdadeiro caos nas redes pelo fato de nao existirem

normalizacoes adequadas. A partir do desenvolvimento de modelos, como cabeamento estrutu-

rado, muitos problemas se resolveram, porem ainda existem muitas desconformidades que perma-

neceram desde as fases de concepcao dos projetos [Ganz, 2003]. Embora existam os ambientes

de redes mal estruturadas e eles sejam problematicas, existem ambientes hostis que exigem redes

bem organizadas em funcao dos riscos envolvidos no trafego de informacoes desta rede, por exem-

plo redes hospitalares ou de seguranca publica. Portanto, um fato determinante no processo de

desenvolvimento estrutural de uma rede e a escolha da tecnologia de transmissao a ser empregada.

Dois modelos de tecnologias de transmissao sao expressivas no contexto de re-

des de computadores, as redes guiadas e as redes sem fio[Duarte, 2003] [Ganz, 2003]. As redes

guiadas, ainda que necessarias em muitas situacoes como performance uniforme, acabam por li-

mitar muitas aplicacoes no processo evolutivo da mobilidade [Samaras, 1998]. Existem casos em

que ambientes hostis de muita influencia eletromagnetica dificultam o processo de comunicacao

no metodo guiado convencional, exigindo muitos mecanismos de isolamento para contornar as

barreiras [Duarte, 2003]. No entanto, as redes sem fio apesar de sofrerem muitas influencias ele-

tromagneticas inerentes a sua natureza, tem a capacidade de contornar algumas situacoes com

medidas simples de troca de canais, troca de frequencias de operacao, etc.

As redes sem fio, embora ainda que limitadas fisicamente por enlaces guiados,

trazem vantagens expressivas sobre o modelo guiado, como por exemplo ambientes de suporte para

a mobilidade de dispositivos sem fios, assim como a interconexao entre ambientes de difıcil acesso

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guiado. Alem disso, varios mecanismos de seguranca empregados nas redes sem fio valem-se

de sofisticados modelos de criptografia para a garantia da integridade, autenticidade e confidenci-

alidade das informacoes trafegadas na rede [Potter, 2002]. Ha muito tempo as redes sem fio sao

sinonimo de evolucao e agora mais do que nunca estao revolucionando as tecnicas de comunicacao.

Sendo assim, faz-se necessaria a compreensao da historia e topologia das tecnologias que serao

empregadas para resolver os problemas estruturais do ambiente de rede, de modo a concretizar as

ideias propostas neste projeto.

2.1 Historico das Principais Tecnologias Sem Fio

Com a constante exploracao tecnica e cientıfica (baseadas em experimentos mi-

litares, ou mesmo comerciais) foram desenvolvidas varias tecnologias de transmissao empregando

meios de comunicacao sem fios. Muitas destas tecnologias sao consideradas essenciais para a

comunicacao da sociedade, como por exemplo a telefonia celular. Sendo assim, para a compre-

ensao do funcionamento dos sistemas sem fio, torna-se necessario analisar as tecnologias em-

pregadas para entender os elementos envolvidos e suas caracterısticas principais. Contudo, as

tecnologias que mais se destacaram como aplicacao e por isso serao abordadas neste documento

sao:

• Dispositivos Celulares

• Redes de Computadores

Os sistemas de telefonia celular despontaram no desenvolvimento de tecnologias

para eliminacao das barreiras guiadas, gerando uma serie de modelos posteriormente usados pelas

redes de computadores. Mediante o processo evolutivo destas duas tecnologias, varias tecnologias

de comunicacao foram fundamentadas, como pode ser visto na figura 2.1.

Contudo, este processo evolutivo retrata o desenvolvimento de uma serie de tec-

nologias. Entretanto, parte significante destas tecnologias esta atrelada as redes de comunicacao

sem fio. Por sua vez, as redes sem fio tiveram varios estagios de desenvolvimento. Neste estagio

de evolucao varias linhas de exploracao do espectro eletromagnetico foram criadas, e uma destas

linhas de exploracao desenvolveu avancados sistemas de telefonia celular.

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Figura 2.1: Grafico da evolucao das principais tecnologias de comunicacao sem fios

2.1.1 Redes Sem Fio para Dispositivos Celulares

O conceito de celular surgiu em resposta as limitacoes de comunicacao em ser-

vicos de radio. Aparecendo em 1940 com finalidade militar, no auge da segunda guerra mun-

dial diante da necessidade de comunicacao que nao pudesse ser interceptada por inimigos, cor-

tando ou conectando aos fios de comunicacao. Estes sistemas sao caracterizados por prover uma

grande area de cobertura e contando com um sofisticado sistema de gerenciamento de mobilidade

[Miceli, 2003]. O processo evolutivo das tecnologias empregadas nos celulares passou por diversas

geracoes, sendo elas:

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• A primeira geracao dos celulares, foi desenvolvida primeiramente nos Estados Unidos nos

anos 70, na decada seguinte a Europa ja tinha seu modelo e nos anos 80 difundiu-se mun-

dialmente. Baseava-se em um sistema analogico de transmissao da voz. A voz era trans-

mitida atraves de circuitos comutados em canais de banda estreita usando Frequencia Mo-

dulada (FM). Esta primeira geracao de celulares requeria um sistema de controle fixo onde

os aparelhos tinham uma area de alcance bem limitada. Entretanto, este sistema fornecia

uma ineficiente taxa de transmissao, variando entre 1.2 e 9.6 Kbps, entre a estacao base

e o usuario movel. Contudo, esta geracao fazia uso das tecnologias NMT (Nordic Mobile

Telephone) e AMPS (Advanced Mobile Phone System) como modelo base do sistema de

comunicacao, e as tecnologias TACS (Total Access Communication System), NAMPS (Nar-

rowband AMPS) e MCS (Japanese Mobile Cellular System) como principais modelos de

produto [Bowler, 2004].

• A Segunda geracao baseia-se em um sistema de modulacao digital e uma avancada capa-

cidade de processamento de chamadas. Contudo, estas tecnologias de transmissao conso-

lidaram os sistemas eficientes de acesso a internet em aparelhos de telefone celulares para

aplicacoes especıficas, e isso originou o que chama-se de Geracao 2.5 da telefonia celular.

Geracao 2.5 nao passa de uma formalizacao, nomeada assim apenas por utilizar os mes-

mos mecanismos de transmissao digital da 2a Geracao. Estes sistemas de comunicacao sao

caracterizados pelas seguintes tecnologias [Bowler, 2004]:

– TDMA (Time Division Multiple Access);

– CDMA (Code Division Multiple Access);

– GSM (Global System for Mobile Communications);

– GPRS (General Packet Radio Service);

– EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution);

• Em 1996 a distribuicao de servicos baseados na transferencia de pacotes e incorporado aos

celulares por algumas empresas de telecom. Este fato inicializou o processo evolutivo que

viria a demarcar outra geracao da telefonia. A terceira geracao dos celulares e tambem

conhecida como Sistema Digital de Celular Banda Larga. Este sistema combina o acesso

movel de alta velocidade com servicos baseados em IP (Internet Protocol) que capacitaram

novos caminhos para comunicacao. O termo adotado para designar o padrao de 3a Geracao

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e UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) que passou a ser estabelecido por

operadoras de tecnologias que usam GSM, WCDMA (Wide-Band Code-Divison Multiple

Access) e/ou EDGE [Bowler, 2004].

Dado o processo evolutivo das tecnologias de transmissao de dados sem fios, os

sistemas digitais promoveram um aumento consideravel na qualidade do sinal transmitido. Devido

ao advento das tecnologias dos microprocessadores estar proporcionando a diminuicao dos equi-

pamentos radio-transmissores [Miceli, 2003], a tecnologia tambem possibilitou a diminuicao dos

dispositivos eletronicos e o aumento de suas capacidades de processamento. Essa evolucao foi o

fator chave para a melhor utilizacao das frequencias de transmissao, possibilitando que dispositi-

vos processadores e transmissores tratem os quadros de voz como pacotes de dados de maneira a

ocupar o mınimo de banda necessaria.

Os sistemas de transmissao de terceira geracao se espelham nos modelos das tec-

nologias de segunda geracao para criar e padronizar infraestruturas de comunicacao, independentes

do conteudo nela trafegado, como no GSM. A propriedade que mais consolidou as tecnologias de

transmissao de dados atraves da infraestrutura celular foi a grande capacidade de mobilidade ofe-

recida pelos sistemas celulares. Por mobilidade, entenda-se o ato de movimentar-se a velocidades

altas (ate 150Km/h) e mantendo conexao aos sistemas de transmissao de dados.

E justamente esta caracterıstica que torna as infraestruturas de celulares ja exis-

tentes, interessantes para agregacao de conhecimento sobre a proposta de uma rede de suporte

clınico externo aos hospitais. Contudo, estas tecnologias proporcionaram a revolucao do que existe

de tecnologias moveis mais empregadas ate o ano de 2006. Sendo assim, indiretamente os celu-

lares tornaram-se parte dos processos naturais de localizacao, decisoes e ate mesmo identificacao

neste mundo tecnologico, assumindo cada vez mais caracterısticas computacionais.

2.1.2 Redes Sem Fio para Computadores

As Redes de computadores sem fio, sao uma realidade para um grande conjunto

de pessoas e empresas. Estas redes permitem uma serie de novas funcionalidades para troca de

informacoes que antes nao eram possıveis de serem realizadas, e estas facilidades sao empregadas

como forma de mobilidade de dispositivos e flexibilidade de conexoes. Entretanto, o aparecimento

das redes sem fio em ambientes de producao ocorreu somente ao final da decada de 90, embora a

primeira ideia da rede sem fios tenha sido implementada bem antes.

Em 1960 Paul Baran imaginou uma rede com conexoes de microondas ponto-a-

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ponto, que seria a primeira rede sem fio conhecida. Esta ideia foi implementada na rede ARPANET

(Advanced Research Projects Agency Network)1, dando origem a muitos dos algoritmos de rote-

amento, inclusive os utilizados na Internet. A partir disto, entre os anos de 1970 e 1980 a PRNet

(Packet Radio Network) da DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) criou muitas

das tecnicas usadas na conceitualizacao das redes em malha sem fios, tambem baseados nas ideias

de Baran.

Com o termino da guerra fria e a corrida tecnologica, as redes guiadas estavam

desorganizadas e dependiam unicamente de plataformas proprietarias para operacao. Estas plata-

formas em geral eram caras e pouco funcionais, alem de nao proporcionar nenhuma portabilidade

[Bruel, 2006][Miceli, 2003]. Em 1984 a International Standardization Organization (ISO) definiu

o modelo RM/OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection), como padrao que propoe

uma estrutura com sete nıveis para comunicacao. Este modelo passou a ser usado como referencia

para a arquitetura dos protocolos de redes de computadores desde entao [Rocha, 1994].

Superada a fase conturbada nas redes de computadores, e com o advento das

redes sem fio, passou-se a dar importancia aos aspectos que envolvem seguranca. Sobre estes

aspectos, ate os anos 2003 e 2004 ainda existia uma certa resistencia, por parte das empresas,

no uso destas redes em seus ambientes de trabalho. Porem, esta resistencia foi sendo reduzida

pela necessidade de mobilidade de elementos computacionais e as constantes divulgacoes dos

aprimoramentos das tecnicas de seguranca para as redes sem fio, passando a oferecer novos as-

pectos de lucratividade as empresas. Contudo, a flexibilidade que os ambientes de comunicacao

sem fios proporcionam, diz respeito a capacidade dos dispositivos acessarem a rede sem a ne-

cessidade de uma estrutura fısica (guiada) de fios, facilitando muitos processos de comunicacao

[Samaras, 1998][Harte, 2004].

Um dos maiores benefıcios de uma rede sem fios e a mobilidade. Na maioria das

vezes, as redes sem fios conectam redes cabeadas ja existentes com o proposito de aumentar a mo-

bilidade dos seus usuarios e fornecer os mesmos servicos de rede. Em conjunto com a incorporacao

da infraestrutura de uma rede sem fio, a computacao movel cada vez com uma autonomia maior

de baterias e processamento, adicionou uma nova dimensao para a computacao distribuıda para o

acesso de informacao em todos os ambientes de cobertura da rede. Estas aplicacoes distribuıdas

podem coletar informacoes imediatas de sistemas que demandem de agentes moveis ou ate mesmo

demandem de interacao humana para coleta de dados [Samaras, 1998][Gast, 2002]. Para isso de-

1Uma das agencias do departamento de defesa dos EUA

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pendendo unicamente da arquitetura, modo de operacao e topologia da rede sem fios, pode-se

operar diversas aplicacoes, podendo serem classificadas pelas diferentes areas de abrangencia ope-

racional [Weber, 2005]:

• Redes WLAN (Wireless Local Area Networks) definidas pelo padrao IEEE 802.11;

• Redes WPAN (Wireless Personal Area Networks) definidas pelo padrao Bluetooth, incorpo-

rado no padrao IEEE 802.15;

• Redes WMAN (Broadband Wireless Metropolitan Area Networks), definidas pelo padrao

IEEE 802.16.

Estas classes de redes sem fio caracterizam cada tipo de ambiente para aplicacoes

sem fio. No entanto as redes, como qualquer outro mecanismo de comunicacao, seguem normas

e padroes de definicao que determinam questoes como legislacao, seguranca e portabilidade entre

os dispositivos que irao se comunicar [Weber, 2005]. Para tanto, faz-se necessario a pesquisa e

explanacao dos padroes envolvidos como forma de determinar os que melhor se aplicam neste

projeto.

2.1.2.1 IEEE 802.11

No padrao IEEE 802.11, e especificada a forma de ligacao fısica e de enlace de

redes locais sem fio, com o objetivo de fornecer uma alternativa as atuais conexoes utilizando ca-

bos. Este padrao foi definido pelo comite de padroes IEEE (Institute of Electrical and Electronics

Engineers), e foi baseado no padrao de redes locais e redes metropolitanas IEEE 802, ficando defi-

nido como padrao IEEE 802.11 pode operar com multiplas opcoes de camadas fısicas suportando

velocidades de ate 54Mbps [Gast, 2002].

A tabela 2.1 descreve o historico e as propriedades de cada padrao especıfico da

IEEE 802.11. Ressaltando que o padrao IEEE 802.a, tambem chamado padrao Hiperlan (High Per-

formance Local Area Network) foi mais tarde reformulado no padrao Hiperlan/2, cuja especificacao

foi publicada em 1999 . Ainda sobre este padrao existe a definicao de propriedades de qualidade

de servico (QoS - Quality of Service) a nıvel da camada fısica, referenciando atraves de extensao o

padrao IEEE 802.11e (QoS Extension) [Otero, 2004][Ganz, 2003].

Ainda em analogia ao desenvolvimento do padrao 802.11, verifica-se a existencia

de tres variacoes do modelo de conexao. Para tanto, inicialmente foi formulado a especificacao

geral do padrao 802.11 para operar sobre uma faixa de frequencia em 2.4Ghz e com taxas de no

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Tabela 2.1: Variantes dos Protocolos 802.11

Padroes Taxas Frequencia Padronizacao

802.11 1Mbps 2Mbps 2.4Ghz Primeiro padrao em 1997

802.11a Ate 54Mbps 5Ghz Segundo Padrao em 1999

802.11b 5.5Mbps e 11Mbps 2.4Ghz Terceiro padrao em 1999

802.11g Ate 54Mbps 2.4Ghz Padrao de inter-operacao, ano 2000

maximo 2Mbps, porem diante das necessidades de maiores larguras de banda e flexibilidade no uso

do espectro eletromagnetico, o grupo de trabalho IEEE 802.11 se dividiu e formulou inicialmente

outros dois padroes, o 802.11a e o 802.11b. Embora estes satisfizessem parte das necessidades,

ainda exigia-se aspectos de portabilidade entre as duas padronizacoes, foi quando desenvolveu-se

o padrao 802.11g.

Contudo, diante de todas estas padronizacoes o protocolo 802.11 enfim se con-

solidou e tornou possıvel a evolucao da comunicacao sem fio, iniciando um processo intenso pela

valorizacao de dispositivos portateis [Gast, 2002]. Esta padronizacao tambem contribuiu para a de-

manda e evolucao de certificacoes de protocolos como por exemplo a certificacao WiFi que se ba-

seia nas normas FCC (Federal Communications Commission), assim como outras regulamentacoes,

para atestar a funcionalidade e qualidade de operacao nos dispositivos.

2.1.2.2 IEEE 802.15

Padrao especificado pelo padrao Bluetooth em 1999, onde e apresentada uma

nova forma de conexao local centrado no usuario, onde os dispositivos proximos a ele (aproxi-

madamente 10m) estarao conectados e compartilhando recursos. Em comparacao aos padroes

Bluetooth e IEEE 802.15, foi verificado as semelhancas e compatibilidades entre ambos, de modo

a formalizar o que seria um novo padrao de adequacao foi definido os padroes IEEE 802.15.1,

IEEE 802.15.3 (referenciando altas taxas de transmissao) e o IEEE 802.15.4 (referenciando bai-

xas taxas de transmissao). Ainda em definicao do que seria o padrao de coexistencia entre os

protocolos 802.15 e 802.11, foi criado o padrao IEEE 802.15.2 com tecnicas recomendadas de

adaptabilidade.

O padrao 802.15 requer tecnologias de transmissao Spread Spectrum, suportando

conexao direta entre dispositivos e podendo comportar grandes malhas de dispositivos moveis.

Alem disso, o 802.15 suporta 64Kbps em transferencias sıncronas em unica direcao e ate 723Kbs

em modulo assıncrono em multiplas direcoes, podendo dividir o espectro na faixa de 2.4Ghz em

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79 canais de 1Mhz. Na figura 2.2 tem-se o exemplo onde qualquer dispositivo da rede sobre este

padrao, tanto pode hospedar como ser hospedado por outro dispositivo. Este fator, propicia uma

malha movel com propriedades interessantes que serao descritos na secao 2.5, com o diferencial

de cada conexao ser gerenciada por apenas uma das partes interligadas, sendo este o mestre.

Figura 2.2: Exemplo de possıvel topologia usando Bluetooth

Atraves do Bluetooth podem ser formados grupos de 2 a 8 dispositivos popu-

larmente chamado de piconet. Diversas piconets podem ser interligadas, formando-se uma rede

maior chamada scatternet. A coexistencia de diversas piconets ocorre devido a cada uma delas

utilizar diferentes faixas de frequencia. Sendo assim, em cada piconet o no que assume o papel

de mestre envia mensagens de gerenciamento para os demais nos da rede. Transmissoes entre um

mestre e um escravo podem ser orientadas a conexao (SCO - Synchronous Connection-Oriented)

ou nao (ACL - Asynchronous Connectionless) [Otero, 2004].

O protocolo 802.15.3 especifica ainda o controle de acesso ao meio, incluindo

diversas funcoes de gerencia dos canais de comunicacao e a criacao dos PICONETS (conjunto

de dispositivos integrantes da rede) para controle de sincronismo. Sendo assim cada enlace de

comunicacao criada e gerenciada por um unico dispositivo. A gerencia do meio de transmissao

depende exclusivamente de mecanismos de definicao do canal de acesso. Para tanto o canal de

acesso ao meio, MAC (Medium Access Control), e baseado em intervalos de tempo que consiste

de tres perıodos: Sincronizacao, perıodo de contencao de acesso CAP (Contention Access Period) e

perıodo livre de contencao CFP (Contention-free Period) representados na figura 2.3 [Ganz, 2003].

Mesmo antes de uma formalizacao dos padroes 802.15 o Bluetooth ja era muito

utilizado para conexao de perifericos, seja na industria ou em utilitarios domesticos [Otero, 2004].

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Figura 2.3: Processo de obtencao de acesso ao meio

Ao contrario do que muitos pensam, este metodo de comunicacao especıfico permite que seja

realizadas tarefas de maneira muito eficiente, por exemplo a coleta de dados de equipamentos

clınicos a partir de telefones celulares ou PDA‘s, podendo serem sincronizados com Laptops para

posteriormente empregar um melhor tratamento das informacoes coletadas [Gast, 2002]. Contudo

a padronizacao IEEE 802.15 foi determinıstico para a contextualizacao de aplicacoes e conceituali-

zacao de modelos de portabilidade, o que tornou o padrao 802.15 popularizado em dispositivos

com uso do Bluetooth.

2.1.2.3 IEEE 802.16

O padrao 802.16 foi consolidado pela IEEE em 2002 e especifica conexoes para

redes metropolitanas sem fio. A grande caracterıstica deste modelo e prover boa capacidade de

transmissao em meios sem fios, chegando a ser comparada com redes cabeadas com acesso atraves

de modems DSL (Digital Subscriber Line), ethernet ou ate mesmo fibra optica [Ganz, 2003]. Este

padrao proporciona ainda um alcance a grandes areas geograficas sem necessidade de cabos. Con-

tudo esta propriedade traz vantagens no emprego desta tecnologia em ambientes externos.

Este padrao possibilita comunicacoes externas de maneira direta, baseada em

antenas clientes comunicando diretamente com uma central base de radio, referenciando-se na

topologia em estrela. Entretanto, este padrao pode operar nas frequencias entre 10 e 60Ghz e e

capaz de suportar taxas de transferencias de ate 128Mbps. No entanto, para isto requer linha de

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visada direta para comunicacoes fieis entre a estacao base e a estacao cliente. Porem apesar da

qualidade de servico ofertada por este padrao, devido a caracterıstica de sua topologia em estrela,

existem casos que a rede entra em colapso devido o fato de haver muitos clientes compartilhando

o meio e sobrecarregando o espectro [Miceli, 2003]. A partir deste problema formulou-se uma

proposta de chamado protocolo de coexistencia entre redes.

O IEEE publicou um protocolo que resolvia parcialmente os problemas de co-

existencia. Ao final de 2001 foi lancado o padrao IEEE 802.16.2 como referencia para reducao

de interferencias causadas pela coexistencia de Redes Metropolitanas Locais (WMANs). Somente

depois disto que o padrao IEEE 802.16 passou a realmente ser capacitado para prover centenas de

dispositivos clientes, requisitando conexoes de alta velocidade. Sendo assim o controle de acesso

ao meio foi especificado para comportar conexoes do tipo ponto para multi-ponto atraves de um

ponto de acesso, ou ate mesmo conexoes em malha, como descrito na secao 2.5 atraves dos proto-

colos mesh e SSIDs unificados entre varios pontos de acesso. Na figura 2.4, tem-se a demonstracao

de uma rede metropolitana de acesso a Internet [Ganz, 2003].

Figura 2.4: Exemplo de topologia para rede metropolitana

As conexoes ponto a multi-ponto se dao pelo fato de que o controle de acesso

ao meio ser totalmente orientado a conexao. No entanto, todo o trafico nao orientado a conexao

e associado a uma conexao intermediaria de modo a ser gerenciada em um nıvel mais alto do que

nas conexoes normais do 802.11 [Ganz, 2003]. No entanto, o padrao 802.16 prove a capacidade de

requisitar largura de banda com suporte a parametros QoS para todas as conexoes. As conexoes sao

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identificadas pelas CID‘s (Connection Identifiers), e o padrao consegue prever larguras de banda

continuas para cada conexao distinta.

Em se tratando das topologias em malha, o padrao IEEE 802.16 encontra-se

em desenvolvimento de tecnologia, porem promete revolucionar as tecnicas de transmissao de

dados. Contudo, o espectro oferecido possibilitaria multiplos servicos separados em multiplos

canais digitais com uma grande largura de banda se empregado sobre as caracterısticas das malhas

[Microsoft, 2005]. Entretanto, os algoritmos que efetivamente tornam as malhas das redes sem

fios interessantes neste aspecto, ainda encontram-se sem padronizacoes ou normalizacao do uso

do espectro nestas frequencias, ficando sobre o monopolio de grandes empresas internacionais a

capacidade de oferecer o servico.

2.2 Arquitetura de Rede

A medida em que as redes foram sendo incorporadas ao cotidiano das empresas,

as solucoes proprietarias deixaram de atender todas as necessidades, fabricantes de computadores

de grande porte desenvolveram uma variedade de arquiteturas de redes, seja de enlaces guiados

ou sem fio. Algumas destas arquiteturas de redes definem o inter-relacionamento de fornecedo-

res de hardware e software, em particular para permitir o fluxo de comunicacao atraves da rede

para fabricantes de computadores em geral, garantindo portabilidade entre diferentes arquitetu-

ras de hardware. Varias tentativas de padronizacoes foram elaboradas, porem destas varias ex-

periencias formulou-se os princıpios que fundamentariam a evolucao dos padroes de arquitetura

de comunicacao. Um desses princıpios e a ideia de se estruturar a rede como um conjunto de

camadas hierarquicas [Rocha, 1994]. Neste conjunto, cada camada possui servicos e funcoes que

sao utilizados para construir as camadas superiores. Diante da necessidade da formalizacao das

estruturas de um modelo de rede, varias empresas desenvolveram prototipos de maneira a valorizar

seus produtos, porem ainda nao existia um modelo geral de arquitetura. Em 1984 International

Standardizations Organization definiu o modelo RM/OSI (Reference Model for Open Systems In-

terconnection) que serve como referencia para muitos sistemas de comunicacao, mesmo em meios

de transmissao distintos.

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2.2.1 Meios de transmissao

O meio de transmissao e o elemento mais importante de uma rede. Cada meio

possui propriedades e caracterısticas especıficas que podem possibilitar ou nao implementacao de

determinadas redes. As redes em si tambem possuem caracterısticas determinantes na escolha do

mecanismo de transmissao baseando-se em sua carga, latencia requerida e numero de estacoes.

Contudo os meios de comunicacao basicamente se dividem em dois tipos de enlaces, os guiados e

os nao guiados, sendo este ultimo o foco deste trabalho.

2.2.1.1 Metodos de transmissao guiados

O grupo de enlaces fısicos (ou guiado) devem ser considerados para a infraes-

trutura em questao mediante a necessidade de interconexao dos pontos de acesso, para os modelos

guiados, e a consideravel rede normalmente existente nos ambientes hospitalares. Este metodo de

transmissao faz a ligacao das estacoes atraves de cabos de cobre ou alumınio e/ou fibra otica. Os

criterios que determinam a escolha do tipo de mecanismo de transmissao diz respeito a aplicacao e

o ambiente em que a rede estara empregada, este mecanismo pode sofrer muitas interferencias se

empregada em ambientes inadequados e pode se tornar um metodo caro para resolver determina-

dos enlaces. Contudo a tecnologia fez com que estes produtos desenvolvessem tecnicas avancadas

de blindagem que resolvem em partes os problemas com interferencias, porem nao eliminando

o problema da limitacao de enlaces muito grandes como os inter-estaduais ou inter-continentais

[Tanenbaum, 2003]. Cada mıdia de transmissao possui caracterısticas tecnologicas diferentes,

para contextos de redes diferentes e se vale desta tecnologia para contornar seus obstaculos na-

turais. Dentre os meios guiados, considerando que suas caracterısticas sejam popularmente conhe-

cidas e estejam minunciosamente demonstradas na referencia, destacam-se os seguintes modelos

[Tanenbaum, 2003]:

• Par Trancado - UTP (Unshielded Twisted Pair);

• Cabo Coaxial;

• Fibra Otica;

Contudo, estas tres formas de transmissao demonstram caracterısticas de comu-

nicacao bem distintas. O par trancado se empregou bem em redes de curto alcance. Ja a o cabo

coaxial ainda resistente em algumas instituicoes, pode suportar boas taxas de dados, embora re-

queira muitos cuidados. A fibra otica esta se popularizando cada vez mais, porem ainda possui um

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custo elevado se a aplicacao nao for de exclusiva necessidade [Tanenbaum, 2003]. Contudo, sao

metodos confiaveis e consolidados de comunicacao mas que ainda nao resolvem todas as questoes

pertinentes as situacoes de emprego de cada ambiente de rede, como por exemplo as questoes de

mobilidade.

2.2.1.2 Metodos de comunicacao nao guiados

Trata-se do modelo que esta em foco nesta infraestrutura, no entanto sua existencia

normalmente e dependente de uma estrutura guiada para interconexao com redes externas. Con-

tudo, diante da extensa area de abrangencia de operacao dos radio transmissores, pode-se analisar

o canal de comunicacao que e proporcionado pelo uso do espectro eletromagnetico. Contudo

questoes normativas limitam o uso do espectro, na intencao de coibir o uso indiscriminado do

mesmo. O uso inadequado poderia acarretar problemas de seguranca dos usuarios, porem princi-

palmente evitando que o meio se torne um caos de poluicao radiativa [Samaras, 1998].

Pode-se proporcionar muita mobilidade neste meio sem fios, seja por comunicacao

via satelite, dispositivos celulares, redes de computadores sem fio ou microondas. A informacao

ganhou mecanismos que a permitem transitar de maneira muito rapida. Contudo ja faz parte do

dia-a-dia das pessoas estarem conectadas a Internet quase que o tempo todo, porem isso requer

meios de comunicacao que nao agridam o ambiente onde estao, e proporcionando muita mobi-

lidade. Diante desta necessidade de comunicacao existem varios sistemas de comunicacao que

foram criados usando diversos meios de transmissao [Tanenbaum, 2003]:

• Transmissao via Radio: As propriedades de cada sistema de radio esta diretamente ligada

a frequencia utilizada. Ha ainda a modulacao das ondas, que definem como as frequencias

de ondas serao propagadas no meio. Entre tanto, este e um fator que acaba definindo a

relacao alcance X qualidade. Logo a forma como e realizada a comunicacao pode ser de

diversas maneiras. O metodo mais empregado e o de antenas fazendo espalhamento de

ondas eletromagneticas no espectro com visada direta, se tiver potencia suficiente o sinal sera

alcancado com muita qualidade. Existem outros metodos nao tao relevantes a este projeto

que fazem o uso de tecnicas reflexivas, como demonstrado na referencia [Tanenbaum, 2003].

• Transmissao por Microondas: O uso das microondas como meio de transmissao se da com

frequencias a cima de 10Ghz. O sistema de microondas e mais rigoroso ainda sobre a neces-

sidade de alinhamento de antenas e necessidade de visada do que o sistema de radio comum.

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Este sistema e bastante empregado em links de comunicacao entre torres de telefonia e tele-

visao com grande qualidade, sendo comparada a enlaces de fibra otica, podendo ter alcances

de ate 50Km em um enlace. Contudo este metodo nao deve ser empregado em situacoes que

nao exista visada direta, a onda muito pequena se degrada facilmente.

• Transmissao por Infravermelho: Trata-se de um mecanismo de transmissao muito usado

por dispositivos domesticos ou industriais. Estao incorporados em sistemas de controles

remotos e sensores de movimento, tambem podem ser encontrados em computadores e cal-

culadoras, porem seu uso e bem especıfico e exige que os dispositivos estejam dispostos de

maneira regular(frente-a-frente). O mecanismo de transmissao usa a luz infravermelha para

transportar dados, porem diferente da fibra otica o meio usado para transmissao e o ar. A luz

possui um comprimento de onda de 1mm e pode ter um alcance de ate 500 metros.

• Transmissao via Satelites: A partir da ideia de usar a forca gravitacional da terra para

segurar (conceitualmente) um espelho de comunicacao em orbita foi determinante para o

alcance das regioes mais longınquas da terra. Existe tres classificacoes para os satelites, o

Geoestacionario (GEO), o da Orbita mediana da Terra (MEO) e os de baixa Orbita da terra

(LEO). Os satelites Geoestaticos sao exclusivamente usados para fins cientıficos. Por outro

lado os satelites MEO sao mais usados em comunicacoes pontuais, de grandes corporacoes.

Neste caso a comunicacao ocorre de modo que ele recebe uma solicitacao vinda da terra

e a repassa novamente para a terra no endereco solicitado. Ja os satelites LEO sao mais

comercialmente usados. Este tipo de satelite se vale da baixa altitude e baixo custo de

lancamento, para fazer o roteamento em malha entre varios satelites nesta orbita, a fim de

ter um maior alcance.

Contudo, diante as diversas formas de caracterizacao de enlaces, existem aspec-

tos interessantes a serem levados em consideracao. O metodo de comunicacao por satelites se

mostrou muito eficiente, porem existe a questao da velocidade que estes dados serao transmitidos

da origem ate o destino. Embora a velocidade de propagacao seja alta, a distancia tambem e ele-

vada. Contudo, mesmo atraves de muita tecnologia empregada no meio de transmissao sem fio,

existem mecanismos guiados como a fibra otica que sao insubstituıveis quando trata-se de quali-

dade de servico em grandes enlaces. Contudo esta discussao apenas visa levantar a necessidade de

estudo dos meios apropriados para cada tipo de aplicacao.

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2.2.2 Padroes de protocolos de acesso ao meio

O compartilhamento do meio de comunicacao depende muito das regras de con-

trole de acesso. Estas regras, por sua vez, para serem definidas dependem unicamente das carac-

terısticas de transmissao e do tipo do meio. Diante da necessidade de protocolos portaveis entre

diferentes tipos de dispositivos foram definidos varios modelos de padronizacao para aplicacoes

especıficas [Rocha, 1994]. Existem varios protocolos de controle de acesso ao meio, subdivididos

em protocolos baseados em contencao e protocolos ordenados. Entretanto, para ambos os modelos,

os protocolos estao divididos em tres classes, como descrito na tabela 2.2 [Afonso, 2004].

Tabela 2.2: Caracterısticas das classes de protocolos MAC

Classe Tipo de Controle Perda de Capacidade

Acesso Aleatorio Inexistente/Baixo Colisoes

Alocacao Fixa Fixo Segmentos nao Utilizados

Alocacao por Demanda Dinamico Overhead

Os principais protocolos de controle de acesso ao meio sao Aloha, Slotted-

Aloha, CSMA, NP-CSMA, P-CSMA, CSMA/CD e CSMA/CA. Logo os protocolos de acesso

sem contencao se baseiam em um metodo onde nao existe uma ordem de acesso ao meio, e nada

impede que duas ou mais estacoes transmitam simultaneamente, provocando assim uma colisao de

pacotes. Ja os protocolos baseados em ordenamento evitam os problemas com a colisao de pacotes,

baseado em modelos de controle do meio feito por um dispositivo controlador ou um mecanismo

de passagem de permissao. Principais protocolos sao (Polling, Passagem de permissao em Barra e

Passagem de Permissao em Anel). Dentre os modelos de protocolos para acesso ao meio citados

como exemplo, existem basicamente cinco padroes de tecnologias bem consolidados ate a criacao

deste documento:

1. Ethernet: Usa o sistema de controle de acesso ao meio baseado em contencao CSMA/CD

(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Possui ainda para outras tecnologias,

tecnicas de polıticas de retransmissao por ordenamento [Cisco, 2000] [Spurgeon, 2000].

2. Token Ring 802.5: Consiste em uma rede em anel, e que utiliza a passagem de permissao

como metodo de acesso. Para tanto implementa um metodo de checagem de prioridades

entre os dispositivos. [Cisco, 2000]

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3. FDDI(Fiber Distributed Data Interface): Neste protocolo, a estacao transmissora ao termi-

nar de transmitir um pacote de dados, libera em seguida o token2. Ou seja, embora a estacao

ainda nao tenha comecado a receber seu proprio pacote transmitido, ela ja libera o token para

assim aumentar o throughput3 do meio. No protocolo, diferente do Token-Ring, a remocao

dos pacotes do anel e uma funcao da estacao de origem. Isto ocorre de modo que a remocao e

realizada quando o endereco de origem e igual ao endereco da estacao que recebeu o pacote

[Cisco, 2000].

4. WLAN 802.11 DFWMAC: Estes padroes, apesar de se basearem nos metodos do padrao

Ethernet para transmissao dos pacotes, os metodos de controle de acesso ao meio sao di-

ferentes. Na camada MAC o tratamento e de se evitar a ocorrencia de colisoes, atraves

de um ponto de coordenacao o PCF (Point Coordination Function), ou atraves de uma

funcao de coordenacao distribuıda, o DCF (Distributed Coordination Function). A funcao

de coordenacao pontual (PCF) da rede IEEE 802.11 opera com base num protocolo de pol-

ling. O DCF e o mecanismo basico de controle de acesso ao meio do IEEE 802.11, sendo um

protocolo de acesso aleatorio do tipo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision

Avoidance) melhor descrito na secao A [Afonso, 2004].

5. WPAN 802.15: O Bluetooth basea-se no protocolo de polling para fazer o controle de acesso

ao meio, onde o o acesso e feito por demanda. Portanto, o Bluetooth e organizado atraves

de grupos de dispositivos, denominado PICONET. Em cada piconet existe um dispositivo

mestre, que coordena os acessos do meio para seu grupo, enviando mensagens de polling

para os demais nos da rede [Ganz, 2003] [Afonso, 2004].

Como o foco desta infraestrutura esta voltada para padroes de acesso ao meio

sem fio, como a cima descrito pelas tecnologias WLAN‘s, considera-se o estudo realizado como

forma de analise mais aprofundado dos modelos propostos na infraestrutura sem fio. Contudo

deve-se considerar a existencia de outros tipos de controles de acesso para esta infraestrutura, visto

que a diversidade de elementos, desde a base guiada, e bastante grande, podendo comportar varios

modelos de controles de acesso. Sendo assim, pode perceber que mesmo as redes sem fio podem

passar a contemplar o uso de outros metodos de controle, porem o que mais se adaptou a tecnologia

sem fio esta descrita no apendice A.

2Token: Quem da o direito de transmissao no meio atraves do FDDI3Capacidade de processamento/transmissao/vazao

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Para o padrao 802.16 MAN, popularmente chamado de WiMax, nao se trata pro-

priamente de um padrao de acesso ao meio bem consolidado, mas dentro do contexto deste projeto

deve-se ressalta-lo com suas caracterısticas. Porem o algoritmo a ser usado pode variar muito de

acordo com a topologia da rede, por exemplo uma arquitetura em infraestrutura simples, varias

celulas de malha, ou uma unica e grande infraestrutura. Naturalmente, o canal de comunicacao

entre os modelos e dividido para suportar altas taxas de transmissao e canais de controle, mais

uma vez determinado pela topologia e muitos tipos de protocolos [Ganz, 2003].

Em consideracao ao padrao ethernet e outros modelos baseados em contencao,

e facil perceber que a medida que aumentam o numero de dispositivos nesta rede, mais colisoes

ocorreram e aumentara o tempo de retorno no processo de comunicacao. Portanto, para o padrao

ethernet nao deve-se passar de cinco segmentos para interligar dois repetidores [Cisco, 2000].

Cada protocolo descrito diz respeito apenas a cada enlace formado, podendo em

uma infraestrutura ocorrer diferentes enlaces com diferentes caracterısticas. Contudo, esta secao

tratou da maneira como os dispositivos concorrem pelo meio, portanto a concorrencia pelo meio

esta diretamente atrelada a forma como os elementos estao dispostos na rede e qual as suas ligacoes

fısicas e topologicas.

2.2.3 Topologias de Redes

A partir destes meios e possıvel conectar os dispositivos a rede de diversas for-

mas, a topologia refere-se ao formato fısico da rede e a ligacao dos dispositivos nela, ou seja,

como estes estao conectados. Varias sao as estrategias de topologia, embora as variacoes sempre

derivem de tres topologias basicas como na figura 2.5 [Rocha, 1994]:

• Topologia em estrela: Topologia na qual sempre existe um equipamento no centro da rede

coordenando o fluxo das informacoes. Na rede em estrela, para comunicar-se com outro

microcomputador, deve-se enviar o pedido de comunicacao ao controlador, que entao pas-

sara as informacoes ao destinatario. Pode ser bem mais eficiente que o em barra, mas tem

limitacao no numero de nos que o equipamento central pode controlar e, se por acaso o

controlador desligar, toda a rede fica comprometida.

• Topologia em barramento: Existe um sistema de conexao que interliga os varios micros da

rede. Nesse caso, o software de controle do fluxo de informacoes devera estar presente em

todos os micros. Assim, quando um micro precisa comunicar-se com outro, ele envia uma

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Figura 2.5: Tres modelos basicos de topologia

mensagem com codigos para identificar qual dispositivo devera receber as informacoes que

se seguem. Um exemplo de tecnologia aplicado a este modelo de topologia e o padrao de

comunicacao ethernet (implementacao do IEEE 802.3).

• Topologia em anel: Esta topologia pode ser considerada uma rede em barramento, com as

extremidades do cabo unidas. Esse tipo de ligacao nao permite tanta flexibilidade quanto

a ligacao em barramento, exigindo uma maior regularidade do fluxo de informacoes su-

portado por um sistema de deteccao, diagnostico e recuperacao de erros nas comunicacoes

mais sofisticadas. Um exemplo de tecnologia aplicada a esta topologia e o protocolo FDDI,

justificado pela facil conexao da fibra otica.

A partir do desenvolvimento destas topologias e das particularidades de cada

projeto de redes, surgiram outros conceitos de topologias. porem pode-se perceber que todas estas

novas topologias como, redes em malha completa, malha irregular e topologias hıbridas derivam

direta ou indiretamente das topologias basicas [Filho, 1998]. As redes de malha completa, sao

redes completamente conectadas, onde cada estacao se conecta a todas as outras estacoes. Esta

topologia oferece inumeras vantagens em relacao as outras no que diz respeito a seguranca de

canais de comunicacao, melhor performance devido a facil possibilidade de balanceamento de

cargas e sem falar no grande alcance de seus enlaces.

Embora esta seja a rede ideal, dificilmente consegue-se implementa-la em a-

brangencias muito grandes, existem as limitacoes do meio, como interferencias no canal de trans-

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missao, bem como o mecanismo de transmissao inadequado. Contudo, especialmente quando esta

topologia nao e empregada para dar alcance maximo a estacoes, que por ventura situem-se em

locais de difıcil acesso, se consegue implementar uma rede em malha completa. Esta e a topologia

que mais se parece com a topologia em estrela, cada estacao tem domınio de todos os enderecos

da rede, portanto facilmente roteavel. A figura 2.6 representa a topologia de rede em malha com-

pleta que representa a ligacao total entre os dispositivos, sendo esta melhor descrita na secao 2.5

[Otero, 2004].

Figura 2.6: Topologia em malha completa

Ja as redes em malha irregular, sao as topologias de malha mais utilizada. Nesta

topologia a conexao entre as estacoes podem nao ser totalmente diretas, cada estacao tem um

numero variavel de conexoes [Filho, 1998]. Estas conexoes sao normalmente definidas a partir

do alcance de cada meio de transmissao, contudo uma rede em malha nao precisa ser completa-

mente interligada para ter uma serie de vantagens sobre as topologias basicas. Cada estacao da

rede tambem se comporta como um roteador4, porem com algoritmos mais complexos. Para isso

necessita comunicar-se com as estacoes vizinhas, para determinar a melhor rota quando a estacao

de destino nao e alcancavel diretamente [Rocha, 1994]. A figura 2.7 demonstra a topologia em

malha irregular, facilmente analisavel como a popularmente mais aplicada em ambientes de redes

sem fio, especialmente pelos padroes IEEE 802.15.

Contudo, diante das topologias analisadas existem dois mecanismos de trans-

missao que consolidam as redes de computadores. Estes dois mecanismos sao constituıdos pelas

redes guiadas e as redes sem fio [Rocha, 1994]. As redes guiadas como analisado, estao presente

4Roteador: Elemento ativo de rede que define o caminho que os dados percorreram ate atingir seu destino

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Figura 2.7: Topologia em malha irregular

dentro das instituicoes de maneira a portar a infraestrutura basica da rede e podendo interligar

a infraestrutura geral com as redes sem fio. Contudo uma rede sem fio ainda esta dependente

de estruturas guiadas para se estabelecer. Muitas tecnologias de extensao de redes sem fio estao

diminuindo esta caracterıstica porem nao a eliminando. Contudo os fatores que estao impulsio-

nando fortemente sua utilizacao e a mobilidade e a facil instalacao atraves de uma enorme gama

de protocolos que se inter-relacionam para capacitar uma infraestrutura de redes sem fio. Isso jus-

tifica o estudo amplo de todos os elementos envolvidos nas arquiteturas de redes e como eles se

relacionam.

2.3 Tecnologias de Redes Sem Fio

As redes sem fio baseiam-se no princıpio, que a forma de comunicacao, nao

requeira nenhum meio de comunicacao guiado para os elementos de final de linha envolvidos

na comunicacao. Portanto mesmo os sistemas de comunicacao por infravermelho se classificam

como forma de comunicacao sem fio (wireless). A maioria dos sistemas de comunicacao sem

fios envolvem dispositivos, como computadores de mao e estacoes de trabalho, os quais trocam

dados entre si atraves da propagacao de ondas eletromagneticas para um meio de abrangencia da

rede[Samaras, 1998] [Otero, 2004].

Em decorrencia deste contexto, a abrangencia normalmente e definida pelos re-

quisitos das aplicacoes. Estes requisitos justificam-se pelo fato de que os dados que trafegam sobre

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esta rede, sao de domınio unico do sistema que dela fazem uso. Sendo assim, o dimensionamento

correto da potencia e a disposicao dos elementos portadores de acesso diminuem os riscos dos

ataques por pessoas mal intencionadas, alem de diminuir o nıvel de interferencia sobre outros

equipamentos. Apesar disto, sao as aplicacoes sobre as redes sem fios que definem os criterios de

utilizacao das mesmas, por exemplo aplicacoes de telefonia e aplicacoes corporativas empresariais

sao atividades distintas [Microsoft, 2005].

Dentro do contexto das redes sem fio, muitas aplicacoes sao possıveis. No en-

tanto, a aplicacao que esta em discussao trata de aplicacoes medicas, como por exemplo a mo-

bilidade empregada a prontuarios eletronicos. Apesar das limitacoes de cobertura geografica,

utilizando-se arquiteturas e protocolos de distribuicao, pode-se aumentar a abrangencia da rede

sem fio. Para tanto, faz-se uso de varios sistemas de distribuicao interconectados via interface sem

fio, a fim de possibilitar que cada ponto de acesso torne-se tambem um roteador para outros pon-

tos de acesso vizinhos. Na figura 2.8 apresenta-se um exemplo de rede sem fio para dispositivos

moveis no ambiente de um escritorio [Silva, 1998].

Figura 2.8: Exemplo de possıvel aplicacao de rede sem fio

Dentre as principais vantagens oferecidas pelas redes sem fios esta a mobilidade

de estacoes clientes [Microsoft, 2005] [Otero, 2004]. Neste caso as estacoes podem locomover-se

por todos os ambientes do escopo de cobertura da rede sem perder conexao aos servidores e/ou

demais estacoes. Porem, para ambientes hostis, observou-se a necessidade da formalizacao de mo-

delos de infraestrutura a partir de cada ambiente e situacoes da aplicacao. Em aplicacoes medicas

existe a necessidade de locomocao entre salas e leitos, e na industria existe a necessidade de resol-

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ver o problema com redes que sofrem influencias eletromagneticas por operarem em frequencias

especıficas.

Canais de comunicacao sem fios estao sendo diariamente incorporados aos am-

bientes de redes corporativas, por tratar-se de uma forma facil de comunicacao e relativamente

barata [Samaras, 1998]. As empresas estao criando suas conexoes de comunicacao sem fio com

suas unidades de producao, e ate fornecedores, no intuito do barateamento dos gastos fixos com

sistemas de comunicacao baseado na web [Microsoft, 2005]. No entanto para diferentes negocios

investiu-se em diferentes tecnologias criando-se varios padroes de comunicacao sem fio com dife-

rentes caracterısticas e finalidades [Ganz, 2003]. Sistemas de comunicacao como radio comecaram

a ser empregados na decada 30, e TV na decada de 60, mostrando que ja existia um historico de

comunicacao analogica sem fio ate o surgimento dos dispositivos que enfim tornariam a mobi-

lidade e interatividade possıvel. Primeiramente com o surgimento dos celulares e depois com

os microcomputadores portateis, em geral desencadearam uma intensa busca por tecnologias que

sustentassem sistemas moveis distintos em aplicacoes e dados [Harte, 2004].

Estas tecnologias de redes sem fio passaram a incluir desde redes de dados e de

voz globais, permitindo que usuarios estabelecam conexoes sem fio entre longas distancias, ate

tecnologias de frequencia de radio e luz infravermelha para conexoes sem fio de curta distancia

[Samaras, 1998]. Entre os dispositivos utilizados com frequencia nas redes sem fio estao computa-

dores portateis, computadores de mesa, computadores de bolso, assistentes digitais pessoais (PDA

- Portable Digital Assistant), telefones celulares e pagers5.

As tecnologias sem fio podem ser empregadas para diversas finalidades, por

exemplo: Para-medicos podem usar celulares para acessar mensagens de correio eletronico, ou

prontuarios eletronicos. Medicos com computadores portateis podem se conectar aos sistemas

clınicos atraves de pontos de acesso instalados em nos hospitais, podem acessar e-mails e man-

ter conectividade onde quer que estejam sobre a area de cobertura da rede. Neste contexto,

aplicacoes entre diretorios compartilhados e e-mails, sao sincronizados involuntariamente, tor-

nando assim os dados pessoais ou compartilhados sempre atualizados para todos os usuarios da

rede [Microsoft, 2005] [Samaras, 1998].

Mediante estes benefıcios, e a crescente busca por modelos ideais de transmissao

no ambiente sem fio, acabou-se fundamentando a existencia de tres tecnicas a serem empregadas

em tecnologias de transmissao sem fios para propagacao de informacao de forma eletromagnetica

5Dispositivo parecido com celular, porem usado para transmissao de mensagens instantaneas

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[Weber, 2005][Samaras, 1998]:

• Sistemas Narrowband: Os sistemas narrowband (banda estreita) operam numa frequencia

de radio especıfica, mantendo o sinal de radio o mais estreito possıvel o suficiente para passar

as informacoes. O crosstalk (Fluxo contrario de dados em mesmo canal) indesejavel entre os

varios canais de comunicacao pode ser evitado coordenando cuidadosamente os diferentes

usuarios nos diferentes canais de frequencia. Esta tecnica e muito empregada em sistemas

analogicos de comunicacao.

• Sistemas Spread Spectrum: E a tecnologia mais usada ate o ano de 2006. Utiliza a tecnica de

difusao espectral com sinais de radio frequencia de banda larga, provendo maior seguranca,

integridade e confiabilidade, em troca de um maior consumo de banda. Existem ainda

dois tipos de tecnologias de Spread Spectrum consolidadas e regulamentadas pelo FCC

[Farias, 2005]:

– A FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum) usa uma portadora de faixa estreita

que muda a frequencia em um codigo conhecido pelo transmissor e pelo receptor que,

quando devidamente sincronizados, o efeito e a manutencao de um unico canal logico.

Esta tecnologia possui maior resistencia a interferencias, maior seguranca e ate 79 ca-

nais de transmissao. Por outro lado essa tecnologia nao permite taxas superiores a

2Mbps e tem pouca portabilidade para outros padroes.

– A DSSS(Direct-Sequence Spread Spectrum) gera um bit-code (tambem chamado de

chip ou chipping code) redundante para cada bit transmitido. Quanto maior o chip,

maior sera a probabilidade de recuperacao da informacao original, contudo, uma lar-

gura de banda maior e necessaria. Mesmo que um ou mais bits no chip sejam danifi-

cados durante a transmissao, tecnicas estatısticas embutidas no radio, sao capazes de

recuperar os dados originais sem a necessidade de retransmissao. Esta tecnologia e

menos resistente a interferencias e tem somente 11 canais de comunicacao disponıveis,

porem consegue uma velocidade de 11Mbps ou superior de taxa de transmissao.

• A OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) e um modelo antigo, ja incorpo-

rado por muitos dispositivos, porem ainda se encontra em processo de consolidacao de

padroes atraves da insercao do padrao IEEE 802.16 no mercado. Faz a divisao do sinal

a ser transmitidos em sub-portadoras distribuıdas no espectro de frequencias atraves de uma

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transformacao feita de tal forma que nao interfiram entre si, proporcionando assim um au-

mento nas taxas de transmissao, chegando a 54Mbps, fazendo uso simultaneo de varios

canais [Farias, 2005].

• Sistemas Infravermelho: Para transmitir dados os sistemas infravermelho utilizam frequencias

muito altas, um pouco abaixo da luz visıvel no espectro eletromagnetico. Igualmente a luz,

o sinal infravermelho nao pode penetrar em objetos opacos. Assim as transmissoes por in-

fravermelho ou sao diretas ou difusas.

Mediante os modelos de transmissao sao descritas as formas de transmissao so-

bre as frequencias especıficas. No entanto, modelos como o OFDM sao melhores aplicados as

frequencias de 5.8Ghz, normalmente dispositivos sao padronizados para operar em 5.8-5.9Ghz

nesta tecnologia por dispor de uma maior largura de banda e um meio menos poluıdo de propagacao

[Gast, 2002]. Ja nos sistemas FHSS e DSS, sao operadas em situacoes distintas, que nao exigem

grandes taxas de transferencia porem exigem alcances maiores, justificando o uso de frequencias

entre 2.4-2.5Ghz [Farias, 2005] [Weber, 2005]. Sendo assim, o fator pre-determinante do metodo

de transmissao sao as metodologias/regras de compartilhamento do meio de transmissao, onde fica

definida a forma como os quadros serao gerenciados ate assumirem o canal de comunicacao.

2.3.1 Irradiacao do Sinal

A irradiacao do sinal diz respeito aos ambientes que serao cobertos pelo servico

da rede sem fio. Entretanto, mediante as caracterısticas dos ambientes o processo de propagacao do

sinal pode ser interrompido por obstaculos. Entende-se por obstaculo qualquer fator que interfira

no meio de modo a impossibilitar o perfeito funcionamento da rede. Contudo, para cada modelo

de propagacao existe caracterısticas distintas de irradiacao no meio, determinando assim o alcance

e performance do sinal [Barizon, 2006] [Ganz, 2003].

Os modelos de propagacao do sinal baseados em tecnicas de espalhamento es-

pectral como o FHSS ou o DSSS, sao melhores aplicados em situacoes em que nao existam mui-

tos obstaculos. Entretanto, existe a necessidade de uma area consideravel em volta das antenas

para a realizacao do espalhamento. Contudo, esta area muitas vezes e suprimida quando apli-

cada em solucoes internas, limitando o espalhamento do sinal e por sua vez o alcance da rede

[Barizon, 2006] [Ganz, 2003].

Dentro do aspecto de rede incorporado pelos ambientes hospitalares. O fator que

define o alcance do sinal da rede esta diretamente ligado aos modelos de irradiacao empregados no

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meio de comunicacao. Estes modelos sao caracterizados basicamente por tres tipos e classificados

por duas caracterısticas (Artifıcios para Propagacao). Uma das caracterısticas que define a maioria

dos ambientes de rede e o espalhamento espectral. O espalhamento espectral e o metodo usado

pelos modelos de propagacao FHSS e o DSSS. Entretanto, existe um terceiro modelo, chamado

OFDM, que faz uso do artifıcio de ampliacao do sinal ortogonal da frequencia de modulacao, a fim

de superar melhor os obstaculos. Contudo, estes modelos de propagacao estao diretamente ligados

as tecnologias de transmissao de dados. Logo a determinacao destas tecnologias nos diversos

ambientes, exige que se faca uma verificacao de campo, tambem chamada de Site Survey6, para

mapeamento das regioes que suportam determinados modelos de irradiacao e com estes definem a

tecnologia empregada.

A partir desta constatacao, avalia-se os modelos citados para aplicacoes em redes

de escopo local, porem com grande area sem obstaculos diretos. Este ambiente pode ser compa-

rado com saguoes de recepcao, salas de espera e ambientes de bem estar medico. Contudo, apesar

de serem padroes bastante utilizados, em diversas vezes o FHSS ou o DSSS sao aplicados de

modo incoerentes. Sabe-se que para perfeita aplicacao deve-se haver espalhamento e nao haver

obstaculos muito perto do ponto de acesso, porem o uso de antenas adequadas tambem sao deter-

minantes neste processo. Contudo, para estes casos deve-se fazer uso de antenas cuja irradiacao

seja em 3600, ou seja, todas as direcoes.

Para os modelos baseados em multiplexacao ortogonal da frequencia (OFDM)

do sinal, sao destinados a aplicacoes onde os obstaculos sao inevitaveis. Entretanto, este modelo

nao propoem a coexistencia com os obstaculos, apenas trata-se de um metodo que consegue obter

vantagens sobre eles no processo de irradiacao do sinal. Sendo assim, diferentemente do espalha-

mento completo do sinal para gerar uma nuvem de irradiacao, este modelo aumenta a amplitude

ortogonal7 do sinal de maneira a transpor melhor as barreiras. Contudo o seu uso pode ser me-

lhor aplicado em ambientes de grande concentracao de obstaculos como pode ser analisado em

comparacao aos outros metodos na figura 2.9 [Barizon, 2006] [Ganz, 2003] [Enterasys, 2006].

Na figura 2.9 sao demonstrados os tres modos de propagacao do sinal tratados,

sendo dois baseados no espalhamento do sinal (FHSS e DSSS) para obter o alcance e outro no au-

mento da amplitude ortogonal do sinal (OFDM) para aumentar a capacidade de transpor barreiras,

6Site Survey: Tecnica de analise do campo eletromagnetico de determinadas regioes, a fim de experimentar a

adequacao dos modelos de propagacao neste ambiente7Ortogonal: Sentido Normal ao vetor de irradiacao, Orientado 900. Neste sentido simbolizando a amplitude do

sinal

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Figura 2.9: Modelos de Irradiacao

como pode ser analisado [Barizon, 2006]. Contudo, diante destes tres modelos de irradiacao existe

a caracterıstica referente a modulacao e determinacao de frequencias de operacao.

A questao de determinacao das faixas de frequencias (canais) deve ser feita com

extrema cautela. Sabe-se que varios dispositivos quando operados na mesma frequencia, e no

mesmo ambiente geram interferencias entre si e sao capazes de parar de funcionar por completo

mesmo estando configurados para a mesma rede. Este problema pode ser facilmente resolvido

aplicando-se canais de operacao diferentes para diferentes radios dentro do mesmo ambiente.

Sendo assim, para grandes projetos onde o numero de radios transmissores e muito grande, deve-se

proceder o dimensionamento e disposicao dos mesmos de forma a nao ultrapassar o limite maximo

de quantidade de canais suportados pelos dispositivos. Este problema e tipicamente resolvido pela

solucao do problema classico dos mapas de quatro cores, da teoria dos grafos. Contudo a figura

2.10 demonstra este problema e sua solucao [Enterasys, 2006].

Na figura 2.10 pode-se perceber a coexistencia de multiplos pontos de acesso

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Figura 2.10: Modelos de Mapa para alocacao de canais em multiplos pontos de acesso

onde em muitos casos o sinal de um dispositivo avanca sobre a area do outro. Neste caso pode-

se perceber que onde ocorre o confronto de dois sinais de rede existe a diferenciacao de canais

de operacao, isto implica que o sinal de um deles estara um pouco defasado na frequencia em

relacao ao outro. Este fato permite que ambos coexistam sem se interferirem. Contudo percebe-se

a limitacao de canais, e a figura 2.10 demonstra o reuso dos canais em regioes onde sabe-se que

nao existe a possibilidade de interferencias entre dois ou mais radios, possibilitando assim que a

rede seja expandida ao tamanho que se deseje [Enterasys, 2006] [Barizon, 2006].

O fato da rede poder ser expandida nao garante que ela possa ser expandida de

qualquer forma. Cada elemento que compoem um ambiente possui capacidades eletromagneticas

distintas, e para um ambiente bastante heterogeneo existe a dificuldade de prever algum comporta-

mento da rede. Para minimizar os contratempos utiliza-se tecnicas de ensaio para mapear/referenciar

as caracterısticas de cada ambiente.

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2.3.1.1 Site Survey

Trata-se de um conjunto de procedimentos que visam a referenciacao eletro-

magnetica dos ambientes estudados. A referenciacao e possıvel devido as caracterısticas dos ele-

mentos que constituem, e/ou constam nos ambientes, possuırem propriedades eletricas e magneticas

que possam ser referencias de acordo com a capacidade de absorver ou reter a irradiacao magnetica

atraves das ondas emitidas por radio transmissores [Alexander, 2004b].

A referenciacao eletromagnetica tem um importante papel na composicao do

projeto de uma rede sem fio. O Site Survey nao diz respeito somente ao projeto economico da

rede no sentido de minimizar os gastos com inclusao de equipamentos desnecessarios. O Site

Survey proporciona o correto dimensionamento da rede, a fim de garantir uma disposicao de sinal

adequada e uniforme, minimizando o numero de dispositivos a serem gerenciados.

Existe portanto, uma serie de tecnicas que sao capazes de proporcionar a des-

coberta do comportamento eletromagnetico nos ambientes. Existem tres tecnicas reconhecidas

para a determinacao das caracterısticas de propagacao de radio frequencias (Automatica, Manual

e Teorica)[Ramos, 2004][Alexander, 2004b] que sao:

• Tecnicas Automatizadas;

• Tecnicas Manuais/Empıricas;

• Tecnicas Teoricas/Preditivas.

As tecnicas automatizadas contam com o uso de equipamentos GPS8, varios

tipos de antenas e softwares especializados. A medicao ocorre de forma simplificada, onde o mapa

e carregado no software e apos inicializado e percorrido toda a area, tem como saıda o mesmo

mapa com os ındices de propagacao de radio frequencia e as possıveis localizacoes dos pontos de

acesso. Porem, este metodo requer softwares especıficos e normalmente proprietarios, que acabam

encarecendo o conjunto de equipamentos para o teste. Outro fator diz respeito a necessidade de

boa capacidade de recepcao do sinal para o GPS, vindo de satelites. Sendo assim, este fator torna

inviavel este metodo, devido aos ambientes serem internos aos hospitais, o que dificulta (na maioria

das situacoes impossibilita) a recepcao do sinal GPS. [Alexander, 2004b].

Na tecnica de descobrimento manual, existe uma maior dificuldade para concep-

cao dos nıveis de espalhamento das radio frequencias. A analise e feita atraves da medicao da

8Geographic Position System (Sistema de Posicionamento Geografico)

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capacidade de propagacao de um determinado equipamento, levando em consideracao a relacao

potencia X ganho9, necessitando definir-se um padrao de configuracao para estes equipamentos

mediante analise do ambiente, para posteriormente tirar conclusoes precisas de cada caso. Con-

tudo, e o metodo que exige um maior conhecimento do Pre-Site Survey10, podendo assim pro-

porcionar resultados muito mais satisfatorios sendo consideradas variaveis especıficas de tipos e

orientacao de antenas, localizacao de pontos de acesso, nıvel de potencia irradiada e alocacao de

canais [Alexander, 2004b] [Earle, 2006].

A terceira tecnica (Teorica) vale-se apenas da fase de Pre-Site Survey de maneira

empırica. Todo o estudo sobre a capacidade de irradiacao de radio frequencias nos ambientes,

e feito sobre o aspectos preditivos. Para tanto, existem ındices e taxas de perdas por obstaculos

conhecidos e comuns, que ja foram anteriormente estabelecidas por outros estudos. Com estes

ındices, faz-se a aplicacao em determinadas formulas a fim de determinar um comportamento

esperado da irradiacao do sinal naquele ambiente, levando em consideracao inclusive a area de

cobertura. Entretanto, esta e uma tecnica trivial, e nao considera o fato de a realizacao do Pre-

Site Survey ser inconsistente. Embora a precisao do acerto esteja no bom estudo do Pre-Site

Survey, considera-se uma margem de erro em 10% para o resultado. Contudo, esta tecnica tem

boas aplicacoes em ambientes mais uniformes, sem muitos obstaculos. Por outro lado, e uma

tecnica muito interessante para todos os ambiente em termos de criterios teoricos e estudos de

caso [Earle, 2006].

A definicao dos criterios que estabelecem a estrategia para a realizacao do Site

Survey, levam em consideracao variaveis definidas pelas regras do negocio. Neste caso, os requi-

sitos descrevem a necessidade da disposicao dos pontos de acesso a fim de viabilizar o enlace dos

nos em forma de uma malha eletromagnetica. Diante do fato de que estes sistemas de propagacao

de sinal fazerem uso do ar como meio de comunicacao, uma serie de medidas de seguranca devem

ser tomadas para garantir a integridade de pessoas ou de outros dispositivos/equipamentos clınicos

que operem de mesma forma. Contudo, existem orgaos responsaveis (alguns a nıvel mundial ou-

tros a nıvel nacional) por empregar controles e condicoes de uso a este meio de comunicacao de

modo a garantir a coexistencia entre diferentes sistemas, baseado em regulamentacoes, diretrizes

e normas.

9Ganho - Capacidade de transmissao, medido em dBi10Questionario que visa esclarecer/descrever todos o dados do ambiente em que sera executado o Site Survey

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2.3.2 Questoes Normativas

Em respeito ao uso de espectro magnetico, fator que afeta diretamente e de modo

nao proposital as vidas de pessoas expostas a estes ambientes, deve-se tomar cuidados para a

implantacao de redes sem fio de modo a respeitar normas de regulamentacao nacionais e internaci-

onais [Alexander, 2004a]. O uso incoerente de potencia e frequencias elevadas do espectro eletro-

magnetico em ambientes sem fios, pode provocar uma serie de problemas de saude [Yogi, 2005].

A escolha da frequencia correta de operacao dos dispositivos empregados deve

levar em conta alem da real necessidade das partes interessadas e as vantagens de determinadas

frequencias e potencias as questoes normativas que regulamentam as exposicoes de qualquer pes-

soa ao ambiente irradiado. O projeto deve capacitar a qualidade e garantia de transmissao dos

dados pela rede de maneira eficiente, isto significa sem exageros, apenas alcancando o objetivo de

maneira a causar o menor impacto possıvel [ANATEL, 2006b] [Gast, 2002].

Segundo a resolucao 305 da ANATEL (Agencia Nacional de Telecomunicacoes),

que e a resolucao que normatiza o uso do espectro eletromagnetico e estabelece as regras de

aplicacao para redes sem fio, as redes sem fio deveram comportar no maximo dispositivos operando

a 400mW em areas urbanas com ate 500 mil habitantes, a partir deste limite a potencia dos trans-

missores devera ser reduzida em 100mW. E em especial os ambientes com grande concentracao

de pessoas, deve-se limitar a abrangencia em 100 metros de raio com frequencias igual ou inferior

a 2.5Ghz [Yogi, 2005]. Para tanto, existem mecanismos que resolvem estes problemas empre-

gando dentro das diferentes formas de modulacao varias frequencias de operacao dos dispositivos.

Porem, existe ainda a preocupacao com a disponibilidade da frequencia que se pretende operar,

que deve seguir de levantamentos junto ao orgao regulamentador do espectro eletromagnetico, no

caso do Brasil a ANATEL, para obtencao de licencas operacionais [ANATEL, 2006b].

Aplicacoes em ambientes crıticos como hospitais, mais do que apenas a licenca,

faz-se necessario o estudo dos equipamentos clınicos usados a fim de detectar possıveis inter-

ferencias nestes equipamentos, baseado nas normas tecnologicas do CFM (Conselho Federal de

Medicina) [Yogi, 2005]. Contudo, determinou-se que os servicos prestados deverao ”ter a in-

fraestrutura tecnologica apropriada e obedecer as normas tecnicas do CFM pertinentes a guarda,

manuseio, transmissao de dados, confidencialidade, privacidade e garantia do sigilo profissional”.

Pode-se constatar que todo o arcabouco formado para o uso das tecnologia e

proveniente de seu desenvolvimento e necessidade de uso. Logo, para que se torne viavel qualquer

projeto de rede sem fio, deve-se seguir as normas e regulamentacoes impostas pelos orgaos de

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gerencia do meio de comunicacao eletromagnetico e das instituicoes proprietarias do ambiente de

aplicacao do servico de redes sem fio.

2.4 Modo de Operacao das Redes Sem Fio

A forma de conexao e de compartilhamento de recursos em redes em fio e es-

tabelecida de acordo com a arquitetura adotada para a gerencia do trafego entre os elementos de

rede. Sendo assim define-se como o aspecto da arquitetura o modo de operacao da rede maior,

empregando configuracoes adequadas a cada ponto de acesso mediante as normas arquiteturais do

negocio . Para tanto existem dois modelos basicos conhecidos para modos de operacao, o modo

Ad-Hoc e o modo de infraestrutura [Miceli, 2003].

O modo de infraestrutura caracteriza-se pela presenca de um ponto de acesso,

que centraliza todas as transmissoes feitas em uma celula, tambem denominada BSS (Basic Ser-

vice Set) como na figura 2.11 A. Existe ainda o modo ESS (Extended Service Set) figura 2.11 C,

trata-se de uma composicao de varias BSS interligadas por protocolos de extensao tipo WDS (Wi-

reless Distribution System) com finalidade de ampliar a area de cobertura, melhor tratado na secao

2.5. Ja no modo Ad-Hoc, figura 2.11 B, nao existem pontos de acesso ou celulas como tambem

demonstrado na figura 2.11.

Figura 2.11: Tres modos basicos de operacao

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Cabe ressaltar que no emprego do protocolo de controle de acesso ao meio

CSMA/CA, o modo de operacao DCF pode ser utilizado em ambos os modos de funcionamento,

enquanto que o modo de operacao PCF apenas pode ser utilizado no modo de funcionamento de

infraestrutura [Miceli, 2003]. Possıveis modos de operacao:

• Redes Ad Hoc: Tambem chamadas de IBSS (Independent Basic Service Set), sao redes

compostas por estacoes independentes, sendo criadas de maneira espontanea entre disposi-

tivos. Este tipo de rede se caracteriza pela topologia altamente variavel, existencia por um

perıodo de tempo determinado e baixa abrangencia. Normalmente nao existe agente rote-

ador, cada estacao atua simultaneamente como terminal e roteador, ficando definidas para

apenas dois dispositivos por vez. Salvo variacoes em uso de protocolos especıficos, neste

modo gerando e recebendo mensagens, e tambem encaminhando mensagens atraves de ou-

tras estacoes [Miceli, 2003] [Otero, 2004].

• Redes de Infraestrutura Basica: As redes de infra-estrutura basica, ou BSS (Basic Service

Set), sao formadas por um conjunto de estacoes sem fio, controladas por um dispositivo

coordenador denominado ponto de acesso, onde todas as mensagens sao enviadas a ele e

repassadas aos destinatarios. O ponto de acesso funciona com o mesmo princıpio de um

equipamento concentrador (hub) para o ambiente sem fio, tambem pode operar como uma

ponte de ligacao (bridge) entre os ambientes com e sem fios.

• Redes de Infraestrutura: As redes de infra-estrutura sao tambem denominadas ESS (Exten-

ded Service Set). Estas redes sao a uniao de diversas redes BSS conectadas atraves de outra

rede (como uma rede ethernet, por exemplo). A estrutura deste tipo de rede e composta por

um conjunto de pontos de acesso interconectados, permitindo que um dispositivo migre en-

tre dois pontos de acesso da rede. As estacoes veem a rede como um elemento unico mesmo

hospedando os dispositivos em diferentes pontos de acesso [Miceli, 2003].

Estes modos de operacao definem como dois ou mais dispositivos se comuni-

carao. O modo de operacao define tambem a concordancia de quais algoritmos de acesso ao meio

serao utilizados, se sera baseado em contencao ou se existira um elemento mestre, e quem sera o

mestre para conexoes tipo Ad-Hoc [Gallaway, 2004]. Enfim, a etapa de configuracao do modo de

operacao de um dispositivo define entao exatamente quem ele e e o que ele comporta fazer dentro

de suas limitacoes na rede. Sendo assim umas das mais importantes fases da implantacao de uma

rede .

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2.5 Redes em Malha Sem Fio

A definicao de malha, diz respeito a maneira como os nos da rede estao interli-

gados, sendo assim cada estacao e um no e esta ligada a outras estacoes. Na topologia em malha

pura, ha uma conectividade completa entre todos os dispositivos e o gerente da rede, analogo as

redes pessoais. Nas redes pessoais existe um no nomeado para ser o gerente de comunicacao e

os outros nos, tambem possuem algumas funcoes de roteamento. Ja nos modelos de topologia em

malha irregular, os nos da rede que nao se ligam diretamente com todos os outros elementos ou

com o gerente, somente estarao conectados aos nos que possuem ligacao direta ao gerente, e nao

participam de funcoes de roteamento. Os benefıcios destas topologias consistem na confiabilidade

e vazao da rede atraves do uso de multiplos caminhos [Venturini, 2005].

Atraves da colaboracao entre os nos, um canal de comunicacao com a rede fixa

poderia ser compartilhado, permitindo um uso mais eficiente da banda, evitando o custo da pas-

sagem de fios ate os usuarios finais. O conceito foi estendido para o compartilhamento de outros

recursos, alem do canal com a rede fixa. As redes em malha sem fios podem ser utilizadas para

aplicacoes como backup distribuıdo, cache de conteudo da Internet, e divulgacao de informacoes

de relevancia local. Uma outra motivacao ao uso das redes em malha sem fios e o acesso em locais

onde e difıcil ou impossıvel criar uma rede com fios. Estes locais incluem regioes pobres e sem

infra-estrutura, ambientes hostis a redes sem fios centralizadas e locais onde haja restricao para a

instalacao de redes guiadas (construcoes historicas, por exemplo) [Bruel, 2006].

A definicao do padrao IEEE 802.11 seguido dos padroes 802.15 e 802.16, com-

provaram a eficiencia das redes sem fio e vieram a transformar o mundo das redes de computadores.

Passou a dar grandes mobilidades as estacoes e muitas aplicacoes vem sendo criadas para esta tec-

nologia. Seu principal uso no Brasil ainda e em redes locais, publicas ou pessoais. Atraves de

pontos de acesso interconectadas a uma rede fixa em infraestrutura ou uma simples rede Ad-hoc

entre aparelhos celulares, computadores de mao e computadores pessoais. Porem, grande parte

das aplicacoes vieram das redes em malha sem fios, ainda encontram-se fisicamente limitadas por

redes guiadas [Bruel, 2006] [Venturini, 2005].

Existe tecnologias de roteamento em malha que dispensa o uso da rede guiada

entre os pontos de acesso, nao sendo apenas tecnicas de extensoes de redes sem fio, elas tem a

capacidade de rotear o trafego e fazer balanceamento de carga entre as celulas sem fio de ma-

neira dinamica [Ganz, 2003]. Sendo as redes em malha sem fios, redes com topologia dinamica,

variaveis e constituıdas por nos cuja comunicacao no nıvel fısico, e feita atraves das variantes dos

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protocolos IEEE 802.11, 802.15 ou 802.16, que determinam a inteligencia de roteamento da rede.

Essas redes tem muito em comum com as redes moveis Ad-Hoc, que tambem utilizam meio de

transmissao sem fios e tem topologia dinamica [Bruel, 2006].

A principal diferenca entre as duas reside no fato de que os nos das redes em

malha sem fios tem localizacao fixa, embora suas localizacoes nao sejam predeterminadas, os

algoritmos de roteamento tem muita semelhanca [Bruel, 2006]. Na figura 2.12 tem-se o exemplo

de uma topologia em malha, cujo o usuario tem multiplas alternativas de roteamento ate a saıda

para a rede mundial.

Figura 2.12: Exemplo de Topologia em Malha

Entre as principais vantagens das redes em malha sem fios esta na racionalizacao

de custos. O custo dos canais sem fios, estao ficando cada vez mais baixos que o de criar novos

pontos de acesso guiado, que pode incluir a necessidade de obras difıceis e caras, sem levar em

consideracao a desvalorizacao do hardware. Ja existem produtos modulares a venda no mercado

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equipamentos apelidados de ”mesh boxes”. Estes equipamentos sao caixas pequenas e resisten-

tes, ja preparadas para compor uma celula de malha de rede sem fio. Estes equipamentos podem

incluir hardwares e softwares especıficos que permitem atualizacoes, como a colocacao de outro

cartao PCMCIA em slots Mini-PCI para comportar diferentes frequencias entre conexoes de in-

ternet ponto-a-ponto e a malha propriamente dita, evitando possıveis interferencias [Bruel, 2006]

[Otero, 2004].

A simplicidade de instalacao e outra vantagem deste tipo de rede. Como o ro-

teamento e o enderecamento e dinamico a instalacao resume-se a ligar o equipamento a fonte de

energia, ou instalar um software no PC cliente. Logo o roteamento dinamico tambem significa

que dificilmente sera necessario um administrador da rede. Portanto se mudam as condicoes da

rede, por exemplo a adicao de uma celula, a rede se adapta sem necessidade de intervencao hu-

mana. Esta capacidade de adaptacao automatica e outra vantagem das redes em malha sem fios

[Bruel, 2006].

A robustez deste tipo de rede e significativamente grande em relacao aos modelos

de redes convencionais, uma vez que cada celula/no esta ligado a varias outras celulas na sua area

de cobertura, e a queda de uma celula nao implica em quebra da conectividade, ja que o sistema

e capaz de encontrar novas rotas dinamicamente [Bruel, 2006]. Porem esta tecnologia como outra

qualquer nao e so maravilhas. Partindo do principio de que o meio de comunicacao e o ar, e um

determinado meio so pode ser usado por um unico dispositivo de cada vez para fazer a transferencia

e os protocolos de comunicacao sem fio evitam as colisoes, entao tem-se um grande problema nas

malhas [Venturini, 2005].

Se em uma rede simples um ponto de acesso hospeda 10 estacoes transmitindo, o

atraso para a transicao sera reduzido em 10 vezes. Em uma malha os pontos de acesso estao direta-

mente ligados, e tambem compartilham do mesmo meio, aumentando rapidamente este problema

[Bruel, 2006]. Para isso, a forma mais simples e obvia e reduzir a area de cobertura individual

de cada celula, deixando com que a rede como um todo complemente a ultima milha. Portanto

nao e interessante ter muitas celulas comunicando entre si, e sim apenas as necessarias para rea-

lizar as premissas que a rede em malha propoe-se, que e a confiabilidade, performance e robustes

[Maltz, 2001][Venturini, 2005].

Contudo ainda existem outros problemas que cercam qualquer rede sem fios, sao

as interferencias causadas por elementos magneticos ou ate outros equipamentos de comunicacao

que utilizam o espectro de propagacao de sinal da rede. Porem este tipo de problema ja se torna

suavizando pelo fato da rede em questao ser uma malha, nao afetando diretamente todos os elemen-

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tos da rede. Questoes como seguranca, sao eminentes no ambiente de redes sem fios, ficando por

parte dos desenvolvedores se valerem de mecanismos de criptografia, a fim de garantir o maximo

de confidencialidade dos documentos trafegados na rede sem fios [Bruel, 2006].

Contudo pode-se dizer que as redes em malha sao modelo de referencia para

performance, robustez e confiabilidade em topologias de redes sem fio. Em respeito as novas

tecnologias embarcadas as malhas de redes sem fio, como o WiMax, espera-se por evolucoes gra-

dativas do que certamente mudara o contexto de comunicacao global, proporcionando integracao

tecnologica e social a distancias cada vez mais elevadas.

2.6 Consideracoes

As questoes que definem uma arquitetura estao diretamente relacionadas ao modo

como os dados serao transportados. Entretanto, observou-se que mesmo para o emprego de redes

sem fio existe a necessidade de uma base guiada. Para tanto, padroes de estruturas de protocolos e

do meio fısico seguem normas que viabilizam a criacao e manutencao de projetos de qualquer tipo

de rede, como as normas ISO e cabeamento estruturado. A necessidade de organizacao estrutural,

e analise do ambiente e algo imprescindıvel no processo de criacao das redes sem fio, definindo

padronizacoes onde qualquer pessoa instruıda das normas conseguira gerenciar estas redes.

Dentre as topologias estudadas, avaliou-se o grande potencial das redes em ma-

lha. Este tipo de rede tambem e muito suscetıvel a tecnologia de roteamento empregada, definindo

aspectos de balanceamento de cargas e controle de circuitos virtuais. Diante destas caracterısticas,

avaliou-se as redes de malhas irregulares sem fio como uma alternativa para a composicao de uma

infraestrutura de rede sem fio nos ambientes hospitalares.

Diante das tecnologias estudadas e de suas evolucoes, pode-se definir as arquite-

turas que se propoe resolver cada uma das particularidades de cada problema. Este capıtulo definiu

muitos aspectos a serem tomados como referencia no capıtulo seguinte, que tratara da descricao

dos problemas encontrados e ambientes encontrados no contexto hospitalar e urbano.

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Capıtulo 3

Redes Hospitalares

Diante da perceptıvel realidade dos problemas e super lotacao enfrentado pelos

hospitais publicos, torna-se difıcil imaginar uma forma de tratamento e armazenamento dos dados

clınicos de tantos pacientes. Contudo, o processo de armazenamento digital ja comeca a fazer-se

presente nestes contextos, porem os metodos de comunicacao usados para oferecer agilidade e

mobilidade, sao implantados de maneira indiscriminada e de forma pouco estudada.

Um grande numero de projetos de tratamento de fluxo de dados clınicos vem

surgindo e empregando mobilidade a partir de redes sem fio [Kobayashi, 2004]. Sabe-se que as

redes sem fios usam o ar como meio de transmissao e para isso lancam ondas eletromagneticas a

fim de possibilitar a transmissao de dados [Gast, 2002]. Dentro do contexto dos hospitais, sabe-se

que um grande numero de equipamentos operam de forma similar aos usados pelas redes sem fio

e nem por isso fazem-se estudos sobre as possibilidades de interferencias nestes equipamentos,

alguns exemplos sao os equipamentos de ressonancia e os de monitoramento de sinais vitais entre

outros.

Este fato demonstra a tendencia de constantes estudos e pesquisas de fabricantes

de equipamentos de redes sem fio e ate de aparelhos celulares, a fim de garantir que a populacao

nao fique sujeita a alguma forma de irradiacao prejudicial a saude, especialmente por portadores de

implantes medicos. A respeito disso, no Brasil a ANATEL publicou uma serie de diretrizes a serem

seguidas a respeito da exposicao de pessoas a campos eletromagneticos de alta e baixa frequencia,

e isso reflete na forma como os projetos de redes devem ser desenvolvidos [SRF, 1999].

Este projeto de infraestrutura de rede trata do modo de agilizar os processos de

comunicacao entre os elementos que serao portados por agentes clınicos e administrativos de hos-

pitais, de modo a prover uma comunicacao eficiente em questoes que envolvem a capacidade de

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locomocao e performance no compartilhamento de informacoes de pacientes e leitos, sem inter-

ferir no funcionamento de outros equipamentos. Para isso, existe a necessidade da subdivisao do

problema, buscando caracterısticas intrınsecas de cada parte a fim de compor uma solucao unica.

Geralmente os ambientes hospitalares possuem caracterısticas estruturais bem

distintas que caracterizam problemas distintos. Certos setores, como o de radiologia, possuem es-

truturas reforcadas para protecao contra vazamento de radiacao, ja a recepcao e uma area mais livre

de obstaculos e influencias eletromagneticas. No entanto, as estruturas externas aos hospitais pos-

suem outras situacoes de ambientes distintos, bem menos previsıvel que o interno, porem menos

restrito aos cuidados com interferencias provocadas pelos dispositivos da rede em equipamentos

clınicos [Kobayashi, 2004].

A partir dos aspectos operacionais dos hospitais, sabe-se que os dados clınicos

sao informacoes que devem ser compartilhados em varios ambientes a todo momento

[Cyclops, 2006]. Observa-se isto quando um paciente ao ser locomovido pelas diferentes alas,

ou mesmo estando dentro da area de cobertura da rede externa, esta agregando novos dados ao seu

prontuario. Isto reflete na agilidade em que todos os setores de gestao e clınica terao dados em

tempo real de alocacao de recursos, gastos e prontuarios medicos de maneira unificada e ampla.

Alguns estudos vem reunindo esforcos para para grande parte dos problemas que envolvem o fluxo

destas informacoes, para tanto como parte deste trabalho faz-se necessario a analise dos mesmos

como forma de definicao da abrangencia da infraestrutura em questao.

3.1 Estudos Correlacionados

Sobre os estudos e projetos que definem o uso de redes sem fio e saude publica,

destaca-se o Projeto Cyclops (CycHMS - Cyclops Hospital Management System) da Universidade

do Estado de Santa Catarina atraves da parceria do departamento de ciencias da computacao com

o hospital universitario da respectiva faculdade. A proposta do Cyclops envolve interesses inter-

nacionais a respeito do tratamento do fluxo e armazenamento de informacoes clınicas. O objetivo

e diminuir o tempo de acesso e a organizacao dos dados dos pacientes por parte dos funcionarios

e medicos, e com isso melhorar o atendimento e agilizar os diagnosticos. Esta monografia esta

diretamente focado no mesmo objetivo, porem o interesse do projeto Cyclops nao levou em conta

aspectos de impacto que a rede pode gerar, nem garantir toda a sua funcionalidade [Cyclops, 2006].

Outro trabalho pertinente ao projeto diz respeito ao estudo de Medidas de

propagacao em 2.4 Ghz para o Planejamento de Redes Locais de Acesso sem fio, este estudo,

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apesar de restrito a frequencia de 2.4Ghz diz respeito a forma de propagacao das ondas eletro-

magneticas, prevendo varios ambientes de contextos locais [Barizon, 2006]. Contudo a tecnologia

empregada define a forma da propagacao da onda, sendo pouco variante em relacao a pequenas

diferencas na frequencia empregada, por exemplo o padrao 802.11g especificado para operar em

2.4Ghz ou 802.11a em 5.8Ghz usando tecnologias Spread Spectrum ou multiplexacao ortogonal

[Ganz, 2003]. Contudo este trabalho1 contribuiu muito com os dados recuperados dos modelos de

predicao nele descritos, ajudando nas conclusoes sobre os ambientes.

3.2 Classificacao de Abrangencias da Rede

Sobre a definicao do que pode ser considerado um hospital, a Organizacao Pan-

Americana de Saude (OPAS) definiu parametros que devem ser adquiridos para a obtencao do

tıtulo de hospital. Pode ser considerado um hospital todos os estabelecimentos com pelo menos

cinco leitos, para internacao de pacientes, que garantem um atendimento basico de diagnostico e

tratamento, com equipe clınica organizada e com prova de admissao e assistencia permanente pres-

tada por medicos das quatro clınicas basicas (clınica medica, clınica cirurgica, obstetrıcia e pedia-

tria). Alem disso, considera-se a existencia de servicos de enfermagem e atendimento terapeutico

direto ao paciente, durante 24 horas por dia, com a disponibilidade de servicos de laboratorio e

radiologia, servico de cirurgia ou parto, bem como portar organizacao nos registros medicos para

rapida observacao e acompanhamento dos casos [CRMSP, 2004].

Os ambientes hospitalares possuem caracterısticas muito especıficas. Os predios

sao complexos, de difıcil norteamento devido o grande numero de corredores, setores e alas. Onde

o conceito de ala esta atrelado a uma regiao do hospital e setor a uma atividade empregada no hospi-

tal. Entretanto, trata-se de uma instituicao que opera 24 horas po dia durante 365 dias por ano e isto

torna suas instalacoes permanentemente ocupadas por um grande fluxo de pessoas [Queiroz, 2005].

A fim de parametrizar estas caracterısticas a OPAS criou o conceito de portes

hospitalares. Esta definicao de portes diz respeito ao numero de leitos existentes. Esta medida

atribuiu o conceito de pequeno porte para hospitais com ate 100 leitos, medio porte de 101 ate 500

leitos e grande porte aos hospitais que possuem mais de 500 leitos. Porem, existem hospitais volta-

dos a areas que requerem um numero maior de leitos em tempo integral, mas sem necessariamente

requerer de grande infraestrutura de equipamentos, como por exemplo os hospitais psiquiatricos

que por vezes sao classificados como grandes sem ter uma infraestrutura comparavel aos hospitais

1Trata-se do trabalho de Predicao

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de outras clınicas2. A partir disso definiu-se cinco grupos de hospitais podendo serem classificados

em ate 24 classes de atuacao. Porem toda esta classificacao, julga-se complicada, e na pratica, com

a demanda de grande numero para analise, as estatısticas acabam nao sendo proveitosas devido as

grandes divergencias de cada area [Costa, 2006] [Queiroz, 2005].

A ideia desta definicao tem por objetivo de rotular as instituicoes publicas e fi-

lantropicas para a geracao de censos, estatısticas e distribuicao de recursos de infraestrutura, alem

de facilitar na definicao de amplitudes de possıveis epidemias, baseada na lotacao destes hospi-

tais [Kobayashi, 2004]. Diante desta iniciativa, os hospitais comecam a considerar a necessidade

de trocas de dados [Kobayashi, 2004]. Para tanto, ja percebe-se o constante processo tecnologico

que estas instituicoes estao passando. Muitos hospitais estao investindo em equipamentos auto-

matizados que diminuem o tempo do diagnostico e permanencia do paciente no hospital. Porem

alguns hospitais estao desvinculando suas unidades terapeuticas e integrando-as a sistemas online

para compartilhamento de bases de dados a fim de diminuir o contingente interno e aumentar a

eficiencia dos resultados, onde os pacientes passaram a ser tratados por clınicas especializadas,

diminuindo a lotacao dos hospitais e aumentando o conforto do paciente [NaI, 2006].

Dentro do contexto de manipulacao dos dados clınicos existem varios cenarios

que tratam estes dados de maneiras distintas em ocasioes distintas. Portanto, o domınio clınico

destes dados comeca no momento do primeiro contato do profissional do hospital com o en-

fermo, para tanto em casos de socorro a acidentados estes dados necessitam ser igualmente ma-

nipulados [Kobayashi, 2004]. Esta necessidade de manipulacao, caracterizada por um cenario

externo ao hospital, define que a infraestrutura medica vai alem dos limites estruturais do hospi-

tal [Yuri, 2004]. Contudo, existe a caracterizacao de dois ambientes distintos no domınio clınico

hospitalar, o interno e o externo ao hospital.

A definicao do contexto de aplicacoes de monitoramento ou coleta de dados

clınicos nos dois ambientes, ajudam na definicao do emprego de metodos eficientes de comparti-

lhamento de informacoes clınicas baseado em redes sem fio. Os ambientes carregam caracterısticas

que definem a forma como os elementos desta infraestrutura serao dispostos a fim de alcancar os

requisitos da rede, obedecendo os criterios tecnicos e fatores de risco que envolvem os dois am-

bientes. Neste documento fica padronizado o uso do termo Rede Externa e Rede Interna como

referencia as infraestruturas de redes dos ambientes Externos e Internos respectivamente, para

tanto faz-se a descricao dos ambientes como forma de analise.

2Clınica: Area que trata da saude, ex: Clınica Pediatrica, Clınica Cardıaca, etc

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3.2.1 Ambiente Externo

A rede externa, tem a finalidade de dar o levantamento inicial dos dados em casos

de atendimento a acidentes ou chamados domiciliares. Estes dados sao considerados vitais para a

definicao da alocacao de recursos e contingente especializado para o amparo do paciente no hospi-

tal [Kobayashi, 2004]. Neste tempo o medico estara sendo escalado para atendimento do paciente,

e podera ter a sua disposicao o historico clınico do mesmo e o prontuario atualizado a partir do

momento do resgate. Alem disso em situacoes de emergencia o medico pode ter a disponibilidade

de interagir com os profissionais de resgate a fim de prestar as primeiras providencias. Porem,

toda esta facilidade de manutencao dos dados do paciente nos ambientes externos ao hospital de-

mandam da cobertura de uma regiao com um tipo de servico especıfico e integrado ao sistema

hospitalar.

O ambiente externo diz respeito a area urbana que esta inserido o hospital. Este

ambiente normalmente possui um espectro eletromagnetico bastante poluıdo e por isso demanda

de certos cuidados na definicao dos locais de pontos de acesso, frequencias e tecnologias a serem

usadas. Um fator interessante e que ao contrario dos ambientes internos, no ambiente externo

nao se tem muitos problemas com questoes de espalhamento espectral. Porem existem lugares de

grande concentracao de edifıcios, que exigem um grande numero de nos na rede para possibilitar

a cobertura destas regioes [Ross, 2004].

A respeito da alocacao de recursos de infraestrutura externa aos hospitais, em-

bora a ANATEL garanta a disponibilizacao da infraestrutura de rede eletrica para uso em sistemas

de comunicacao de amparo social, depara-se com problemas na obtencao de licencas para uso de

estruturas proprietarias. Para tanto, existe a necessidade de disponibilidade de local e estrutura

para comportar a instalacao de equipamentos e radio transmissores. Outro fator e que mediante

os estudos, evidenciou-se a falta de equipamentos comerciais que fazem uso de tecnologias que

viabilizam o emprego de mobilidade em ambientes de redes metropolitanas, como por exemplo o

WiMax [ANATEL, 2006a].

As tecnologias WiMax padrao IEEE 802.16, embora muito comentado e com

capacidades conhecidas, estao em fase de concretizacao de produto. No Brasil os testes realizados

comprovam a necessidade de ambientes bem propıcios ao seu emprego, inerentes a cada projeto.

A respeito do uso do WiMax, a ANATEL ainda nao lancou regulamentacoes sobre este padrao

especıfico, o que se tem sao condicoes de uso do espectro e a liberacao da licenca para uso da

faixa de frequencia em 5.8Ghz, que ja estava sendo usada pelo padrao IEEE 802.11, porem sem

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atualizacao das normas de condicoes de uso para o WiMax em areas urbanas [ANATEL, 2006a].

Porem, antes de se pensar em questoes que dificultam o processo de comunicacao

para este contexto, deve-se pensar na necessidade que motiva a viabilizacao de uma solucao. Em

28/04/2006 o programa de televisao Globo Reporter da emissora de TV Rede Globo levou ao ar

uma materia sobre os problemas que o transito de Sao Paulo vem enfrentando. Um dos cenarios

retratava a historia de uma mulher que morreu por asfixia asmatica, e por causa do transito nao

conseguiu chegar ao hospital que ficava a 2Km do local onde ela e seu marido se encontravam. O

ocorrido foi atribuıdo ao fatıdico erro de escolher a rua inadequada no momento, para ter acesso ao

hospital. Umas das indagacoes era de quantos casos como estes acontecem diariamente e que tem

ambulancias no cenario. Dados revelam que so de motoqueiros acontecem mais de 1400 acidentes

por mes, e em media 1 morto por dia so nesta cidade. Contudo um sistema integrado de monito-

ramento do transito incorporado a uma infraestrutura como nesta proposta proporcionaria maior

agilidade neste contexto, livrando possıveis ambulancias se sujeitarem a enormes engarrafamentos

[Globo, 2006].

Diante da necessidade do emprego de servicos clınicos nas areas urbanas, pensa-

se em tecnologias que nao demandem tanto esforco para alocacao de recursos e deste modo nao

impacte tanto no cotidiano das pessoas. Sabe-se que ja existem tecnologias de transmissao de

dados para dispositivos nomades, embarcado nas infraestruturas de sistemas de comunicacao de

celulares, que sao capazes de garantir uma serie de requisitos clınicos urbanos como na figura 3.1

[Anderson, 2001].

Figura 3.1: Modelo Projeto Rede Externa

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Contudo, como as tecnologias de transmissao de dados baseados em dispositivos

moveis como GSM e GPRS estao se difundindo cada vez mais e ja existem solucoes consolidadas

para comunicacao e mobilidade em ambientes externos. Atraves disso, difundiu-se uma infraestru-

tura capaz de prover agilidade na solucao de problemas no domınio dos ambientes externos. Para

tanto, pensa-se nestes sistemas como mecanismo para a viabilizacao e integracao de um ambiente

de rede clınica, externo aos hospitais. Porem, como o domınio desta infraestrutura geralmente

esta associada as empresas de telecomunicacao, sugere-se a terceirizacao destes servicos a fim de

usufruir de todas as dificuldades ja superadas por estas operadoras, nestes ambientes. Portanto,

estes metodos de comunicacao viabilizam a agregacao de uma nova gama de dados, vital para o

processo de recuperacao dos pacientes dos hospitais.

3.2.2 Ambiente Interno

Diante das caracterısticas operacionais que envolvem as redes hospitalares in-

ternas, existem classes diferentes de usuarios que necessitaram fazer uso desta infraestrutura. As

redes sem fio, a fim de propiciar mobilidade muitas vezes acabam tornando os dados vulneraveis

aos ataques de pessoas mal intencionadas. Sabe-se que os dados dos pacientes sao extremamente

confidenciais, e sao de domınio de somente o paciente e seu medico [NaI, 2006] [Cyclops, 2006].

Portanto, existe a necessidade de separacao dos nıveis de acessibilidade e ate mesmo, separacao

completa da rede de uso clınico das demais redes, como por exemplo as redes da administracao,

suporte clınico, visitantes, pacientes e/ou redes do conforto medico3. Isso ocorre devido o fato de

cada setor possuir caracterısticas totalmente diferentes do seu domınio de operacao em relacao a

outros setores e departamentos:

• A rede da administracao normalmente e a que mais possui vınculos internos, e por isso de-

manda de mobilidade para integracao entre os diversos processos, e em especial os clınicos.

Isto ocorre devido o fato de toda alocacao de recursos demande ser contabilizado e gerenci-

ado. A rede da administracao restringe-se ao uso de apenas os administradores e secretarios

em tarefas relacionadas ao sistema financeiro, recursos humanos, compras entre outros. Por-

tanto exige uma rede segura e de alcance local a esta ala [Kobayashi, 2004].

• A rede de suporte clınico e sem duvida a que mais motiva este projeto. Esta rede diz respeito

a mobilidade que sera dada aos medicos e enfermeiros no tratamento dos dados dos pacientes3Conforto Medico: Ambiente ao qual o medico tem privacidade para descansar e refletir sobre determinados

problemas clınicos

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[Cyclops, 2006]. Entretanto, tambem e a rede que mais sensibilidade a ruıdos deve prever,

na iniciativa de prevencao de qualquer forma de falha de operacao, tanto da rede como de

outros equipamentos medicos. De acordo com as normas impostas pelo conselho federal

de medicina, os dados clınicos de pacientes sao confidenciais e devem permanecer sobre

o domınio exclusivo do medico e do paciente [Cyclops, 2006]. Portanto esta rede requer

seguranca, alem da criptografia, em definicao de nıveis de usuario para tratamento dos dados.

Sendo assim, enfermeiros e medicos terao privilegios de acesso diferenciados, implicando

que os pacientes possuam apenas os direitos de consulta de seus dados.

• Os pacientes poderao ter a liberdade de realizar tarefas comuns, como ler e escrever e-mails,

e uma serie de servicos atraves da Internet [Kobayashi, 2004]. Porem para esta classe existe

a especial necessidade de implantacao de controles de acesso a Internet bem rıgidas, a fim

de manter a privacidade, integridade e etica neste ambiente de rede. Contudo, este aspecto

de rede tenta amenizar o impacto cotidiano das pessoas internadas, embora seja necessario a

imposicao de algumas condicoes de uso para cada paciente.

• A rede destinada ao setor do conforto medico, fica definida de modo a operar em conjuncao a

rede de suporte clınico. Porem, neste ambiente deve-se prever a necessidade de liberacao de

outros servicos mediante as regras de controle de acesso. Isto ocorre devido o fato de neste

local, os medicos poderem realizar suas operacoes naturais do cotidiano, como por exemplo

uma transacao bancaria e baixar e-mails. No entanto, devido a necessidade de comunicacao

a uma rede estritamente segura, que e a rede clınica, a publicacao de identificacao desta

rede deve ser restringida. Contudo, todo usuario desta rede devera passar pelo processo de

autorizacao pessoal ao seu dispositivo, baseado em suas credenciais de medico.

• Existe ainda a necessidade da disponibilizacao de uma rede para visitantes. Esta rede preve

que pacientes recebam visitas que desejem realizar tarefas naturais na internet, como ver

e-mails. Para tanto, deve-se disponibilizar uma rede sem fio com limitacoes a uma sala de

acesso. Neste pequeno ambiente sera possıvel operar sobre uma rede publica completamente

independente das demais. Isto ocorre, de modo que sejam atribuıdas limitacoes de alcance

na contencao do domınio de operacao externa ao hospital, ou para evitar que dispositivos de

operacao em outras redes passem a detectar esta rede, agregando vulnerabilidades as redes

seguras.

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A composicao da rede interna e definida por duas caracterısticas de trafego de

dados, sendo que uma serve de base e interconexao aos enlaces externos e segmentos servidores, e a

outra para a constituicao da propria malha interna como na figura 3.1. Contudo estas caracterısticas

definem dois modos de transmissao. A parte que corresponde ao enlace de interconexao externa

e servidores deve ser composta de redes guiadas (com fio). Por outro lado, a parte da rede que

compoe a malha entre as diferentes alas4 dos hospitais deve ser efetivamente constituıdas de redes

sem fio, com determinados pontos de acesso fazendo ligacao guiada com fins estrategicos, para

diminuicao de gargalos em determinadas situacoes como visto na figura 3.2 items 1 e 3.

Figura 3.2: Modelo Operacional da Rede Interna

Na figura 3.2, pode-se perceber o enlace formado por varios pontos de acesso.

Existe um ponto de acesso central que esta diretamente conectado a outros quatro pontos de acesso,

caracterizando assim um no de malha, como no item 2. Esta caracterıstica e que dara a performance

e seguranca no roteamento da rede, onde o ponto de acesso mesmo mantendo-se atualizado com

questoes de roteamento estara apto a hospedar outros dispositivos clientes [Bruel, 2006]. Por fim,

pode-se perceber a interligacao com a rede guiada padrao IEEE802.3, a fim de evitar gargalos e

garantia de integridade do sistema.

Esta congruencia dos elementos de rede tornam o sistema de comunicacao ex-

tremamente complexo a nıvel gerencial. Esta complexidade esta atrelada aos diferentes modos de

enlace e roteamento. Diante disto, existe a necessidade de ferramentas que facilitem o processo de

4Ala: Regiao geografica do hospital

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monitoramento e gerenciamento desta rede. No entanto estas ferramentas devem comportar tanto

as redes guiadas como as nao guiadas em um sistema de gerenciamento unificado, a fim de que

consiga-se total domınio sobre a rede. Contudo, toda a rede interna, guiada e nao guiada, requer di-

ferentes tratamentos, seja em aspectos operacionais, acessibilidade ou gerenciamento, satisfazendo

todos os requisitos de comunicacao interno aos hospitais.

3.2.2.1 Rede Guiada

A partir da necessidade da rede guiada, pode-se prever o uso da infraestrutura ja

existente como forma de reducao de custos e coexistencia com sistemas antigos. Porem, a reali-

dade vivida pela maioria dos hospitais demonstra uma estruturacao de rede muito desorganizada e

pontual, no sentido de que os sistemas empregados resolvem problemas especıficos, sem necessi-

dade de agentes externos considerando outros dados relevantes [Kobayashi, 2004]. Atrela-se a este

problema a idade dos predios hospitalares e as ampliacoes que foram feitas ao longo do tempo,

considerando que o avanco da tecnologia foi agregando novos e diferentes equipamentos para

constituir novos enlaces de rede descentralizados em diferentes alas do hospital. [Almeida, 2002]

E a partir disso, muitos sistemas estao completamente obsoletos e demandam de um suporte de

hardware especıfico e fazem uso de softwares definidos por tecnologias muitas vezes ultrapassa-

das e por isso nao possuem portabilidade suficiente para redes centralizadas, como pode-se ver no

esquema da figura 3.3.

Figura 3.3: Exemplo de Sistemas de Distribuicao das Redes

Na figura 3.3 tem-se a definicao do contexto de rede usualmente encontrado na

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maioria dos hospitais, porem sem padronizacao. Neste exemplo pode-se perceber a descentralizacao

dos sistemas, onde cada setor preocupa-se em tratar de apenas os seus dados, gerando uma serie de

problemas organizacionais e por consequencia, muitas falhas de seguranca. Este modelo, embora

valido, dificulta o compartilhamento dos dados, de modo que organizacao, coleta e armazenamento

dos dados dos pacientes fica praticamente impossıvel.

Diante destes fatores, avalia-se a necessidade, especıfica nos casos hospitalares,

de existencia de uma rede centralizada que facilite a operacao de aplicativos que compartilham

dados. [Guittet, 2006] A centralizacao aumenta a eficacia do grupo de equipamentos e define um

papel de organizador. A partir desta constatacao, tem-se a ideia de que com a centralizacao dos

servicos pode-se prever maneiras mais eficientes de gerenciamento da rede e de aplicativos. Isto

torna possıvel a diminuicao do numero de elementos redundantes na rede e capacita uma melhor

arquitetura para o emprego de tecnicas de seguranca, como visto no modelo da figura 3.4

Figura 3.4: Exemplo de Modelo de Rede Centralizada

Quando se opera com a ideia de centro de processamento, agregando todas as

praticidades de gerenciamento, disponibiliza-se uma grande estrutura que capacita a implementacao

de inumeras aplicacoes interativas, mesmo onde nao ha portabilidade entre tecnologias. Entretanto,

os dados devem ficar gravados em uma base que pode fornecer o acesso aos aplicativos licencia-

dos para usufruı-los. Esta propriedade e considerada chave para uma rede que pretende possibilitar

que os dados sempre sejam visualizados e manipulados em tempo quase que real por toda a sua

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amplitude.

Contudo, sobre toda esta amplitude ofertada pelas redes centralizadas, existe um

aspecto que nao pode ser alcancado pelas redes guiadas, a mobilidade. Este quesito tao requerido

nas redes corporativas elevam o escopo da rede de modo que toda a area do negocio seja coberto

pelos servicos ofertados pelo centro de processamento. Portanto e previsıvel que uma rede nao

guiada (sem fio), que comporte este tipo de servico necessite ser conectada aos enlaces que dao

acesso a determinados aplicativos no centro de processamento atraves da rede guiada, conside-

rando a necessidade de coexistencia dos dois meios de transmissao.

3.2.2.2 Rede Nao Guiada

A partir das dificuldades e dependencias que as redes guiadas provocam, onde o

dispositivo que se deseja-se conectar a rede deve ser locomovido e permanecer no lugar do ponto

de acesso disponıvel, surgiu um novo conceito de conexao que impulsionou o uso de dispositivos

nomades5 [Samaras, 1998]. O contrario das redes guiadas, as redes sem fio tem por caracterıstica

a capacidade de envolver todo o ambiente pertinente ao negocio, de modo que e a rede que deve

garantir a conexao dos dispositivos em qualquer lugar destes ambientes. Portanto, no caso dos

hospitais, tais redes incorporam a mobilidade ao contexto dos dispositivos de finais de linha. Ou

seja, aos equipamentos usados por medicos e outros profissionais que necessitem mobilidade no

acesso aos sistemas integrados e dados dos pacientes.

Diante das caracterısticas estruturais dos hospitais, observa-se que nem todo am-

biente prove a capacidade de comportar instalacoes guiadas [Cyclops, 2006]. Neste caso, os pontos

de acesso sem fio sofrem a mesma dificuldade, ao passo de estarem muitas vezes dispostos em lu-

gares de difıcil acesso. Contudo, a rede interna e o ambiente que concentra o maior numero de

dispositivos clientes, como laptops, PDA‘s entre outros, proporcionando assim um maior trafego

de dados [Kobayashi, 2004]. Para tanto, esta rede possibilitara a mobilidade dos medicos, deman-

dando assim de dispositivos bem dimensionados a fim de garantir a integridade do funcionamento

de outros equipamentos hospitalares. Isso faz-se necessario devido ao fato de tanto os pontos de

acesso quanto os dispositivos clientes emitirem sinais de radio altamente interferentes em outros

sistemas operando na mesma frequencia. Alem desta questao operacional, existe a preocupacao

com uma serie de fatores proporcionados pelo ambiente hospitalar.

Um fator crıtico nestes ambientes e a falta de espaco para o espalhamento espec-

5Dispositivos Nomades: Celulares, Laptops, PDA‘s

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tral, onde em determinadas tecnologias isso e pre-determinante para o processo de comunicacao

[Barizon, 2006]. Este espaco esta diretamente relacionado com as caracterısticas estruturais dos

predios hospitalares, que possuem paredes e lajes bem espessas dificultando a transposicao do si-

nal de radio e por vezes gerando sinais reflexivos, que sao inuteis ao processo de comunicacao e

dificultando ainda mais a qualidade do sinal, degradando o meio de comunicacao. [Barizon, 2006]

Estudos comprovam que de uma forma geral os modelos de propagacao em ambientes internos

podem ser representados por uma expressao geral que define a capacidade de alcance baseado no

ganho de sinal do transmissor e receptor. Porem, os modelos propostos na bibliografia nao levam

em conta as caracterısticas de modulacao e antenas que sao parte determinante no processo de

propagacao e alcance do sinal [Barizon, 2006]. Para ambientes internos os modelos de propagacao

podem ser separados em dois grupos:

• Faixa Larga de Frequencias: Onde o fator de atenuacao da frequencia e levado em consideracao

devido ao significante volume de informacao representado em cada canal;

• Faixa Estreita de Frequencias: Onde o fator de atenuacao da frequencia e ignorado devido a

pouca influencia na perda significante de sinal em cada canal.

Para estes dois grupos foram analisados varios modelos que levam em conta fato-

res como espessura de paredes, distancia entre dispositivos e frequencia de transmissao

[Barizon, 2006]. Contudo alguns modelos de predicao citados na bibliografia geralmente fa-

zem analises lineares ao numero de obstaculos de modo que em ambientes hospitalares isso nao

ocorre devido a grande variacao destes ambientes, como salas de espera, salas de radiologia,

farmacia e centros cirurgicos. Contudo o ambiente hospitalar se encaixa em modelos de predicao

de propagacao nao lineares, onde estes ambientes variam a forma como sera disponibilizado o es-

palhamento espectral e as diferentes interferencias de cada ala como pode ser analisado na figura

3.5.

Normalmente nos hospitais as alas ficam separadas em andares diferentes

[Kobayashi, 2004]. A partir desta premissa analisou-se outro obstaculo forte nos modelos de

predicao de propagacao do sinal. [Barizon, 2006] A perda de sinal de um andar para outro e

elevado devido a espessura da laje. Porem como o espalhamento do sinal nao e uniforme, no andar

seguinte este ındice de perda aumenta ainda mais. Portanto, mediante estes estudos comprovou-

se a necessidade da presenca de pontos de acesso em todas as areas isoladas por barreiras que

propiciem uma perda de sinal superior as medidas sugeridas na bibliografia [Barizon, 2006].

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Figura 3.5: Exemplo de distribuicao das alas do Hospital

Contudo, mesmo diante das dificuldades encontradas para a propagacao do sinal

atraves das estruturas hospitalares existem fatores que contribuem para o modo de propagacao, e

devem ser o foco de interesses nesta proposta. As caracterısticas de paredes espessas e corredores

largos sugerem ideias de canais de comunicacao naturalmente isolados quando os dispositivos

podem ser limitados pela potencia e ampliados nas formas de captura do sinal. Para isso, o uso de

antenas de alta sensibilidade (Ganho), garantem um perfeito espalhamento do sinal em corredores

locais e fortificam a ideia do emprego de tecnologias como as malhas sem fio.

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3.2.2.3 Recursos Mınimos para a Rede Interna

Diante dos problemas arquiteturais dos predios hospitalares, pretende-se empre-

gar tecnologias no intuito de conceber as malhas sem fio, para a agregacao dos servicos descritos

de forma centralizada em todos os ambientes geridos pelo hospital. Nestes ambientes serao empre-

gados aspectos que possibilitam a mobilidade de dispositivos em todos os ambientes. Entretanto

o obstaculo da impossibilidade de rede guiada, para conexao com os pontos de acessos em certos

ambientes, pode ser tratado facilmente pelas redes em malha sem fio.

Para a malha de rede sem fio, existem tecnologias de expansao do sinal sem a

necessidade de interligacao guiada. O que ocorre e a extensao da area de cobertura atraves da

interface sem fio, usando protocolos de roteamento dinamico, valendo-se da caracterıstica de nao

poder haver nenhum ponto de sombra6 no ambiente de emprego da rede para garantir que os pontos

de acesso estarao acessıveis entre si. Sendo assim um deles opera como um repetidor, e todos os

clientes deste ponto de acesso estarao sobre o domınio do radio estendido, como pode ser visto na

figura 3.6 [Zill, 2006] [Bruel, 2006].

Figura 3.6: Modelo de Malha Sem Fio de Multiplos Saltos

6Ponto de Sombra: Local onde o sinal da rede nao alcanca, devido um obstaculo ou limitacao de potencia do radio

transmissor

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A rede interna, por ser um ambiente que exige cautela no emprego de sinais de

radio, devido ao fato de que aparelhos emissores de radio frequencia tem o potencial de interferir

em dispositivos implantaveis. Entretanto, os dispositivos de comunicacao sem fio que se propoe

tambem emitem sinais de radio frequencia. Porem os mecanismos e a magnitude dessa inter-

ferencia devem ser considerados em termos do tipo de aparelho de comunicacao utilizado e das

caracterısticas individuais de cada dispositivo implantado [SRF, 1999].

No ambiente hospitalar, por tratar-se de grande concentracao de pessoas, que

possivelmente podem ser portadoras de implantes medicos como marca-passos. Existem modos

de determinar parametros de potencia, frequencia e modulacao que minimizam que os sinais in-

terfiram em outros sistemas [Barizon, 2006]. Isto faz-se necessario nao somente para evitar a

interferencia em outros sistemas mas tambem para a correta operacao da rede. Em se tratando da

correta operacao da rede, como pode ser analisado na figura 3.6, existem locais onde deseja-se

fazer uso de meios nao guiados de comunicacao e outros onde necessita-se reter completamente o

sinal da rede sem fios a fim de garantir a correta operacao da rede e equipamentos clınicos.

Os casos em que deve-se reter completamente a irradiacao dos sinais da rede

ocorrem pelo fato de existirem equipamentos que podem ser influenciados pelos sinais de radio,

como por exemplo uma sala de UTI com os sensores de monitoramento da vida. Ja os casos em que

e inevitavel utilizar metodos guiados se da onde os equipamentos clınicos destroem o sinal da rede

sem fio, como por exemplo nas salas de tomografia e radiografia. No entanto, nestes ambientes de

forte irradiacao, mesmo os metodos guiados convencionais sofrem interferencias, demandando do

uso de categorias com grande isolamento e blindagem ou uso de fibra otica [Valente, 2006]. Con-

tudo, deve-se proceder de maneira a garantir a comunicacao dos sistemas de maneira harmonica

ao meio de transmissao e aos processos hospitalares. Sendo assim, para analise dos ambientes

e medicao dos nıveis de ruıdo, muitos modelos determinısticos e empıricos sao considerados.

[Barizon, 2006].

O modelo que melhor se adapta aos ambientes internos aos hospitais, faz justa-

mente a juncao das tecnicas empıricas e determinısticas em um unico modelo. O modelo semi-

empırico, faz uso de softwares especializados na captura de sinais dos ambientes. Estes dados serao

usados para compor uma colecao de dados de cada ambiente. A partir destes dados e empregado

uma serie de analises estatısticas a fim de testar a probabilidade de acerto da predicao da deteccao

de sinais e ruıdos [Barizon, 2006]. A caracterizacao do sinal diz respeito aos dados permanentes

em amplitude, de uma faixa de frequencia e invariantes no tempo. Ja o ruıdo caracteriza-se por

dados representados em micro sinais, pequenos em amplitude da faixa de frequencia e variaveis

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em numero e variaveis no tempo. Contudo, este ındice de variacao e que define o nıvel de ruıdo

do ambiente [Barizon, 2006].

Contudo, independente das caracterısticas eletromagneticas do ambiente, medi-

ante os modelos de predicao, varias tecnologias de transmissao podem ser usadas para viabilizar a

estruturacao de um projeto composto por malhas de rede sem fio. Alem disso, muitos fatores levam

a crer que os ambientes onde se encontram o maior numero de obstaculos de transmissao interna,

sao justamente nos lugares onde requer a retencao da rede sem fio. No entanto, este e o principal

motivo que justifica o emprego de analises de predicao nestes ambientes. Portanto, a analise do

ambiente e de fundamental importancia para a definicao dos requisitos e consequentemente das

tecnologias empregadas.

3.3 Estudo da Infra-Estrutura do Hospital Dona Helena

O Hospital Dona Helena e definido como uma instituicao classificada de hospital

geral. Portanto e um tipo de hospital que atende a todas as especialidades medicas. Dentre estas

especialidades conta com um ambulatorio e uma UTI7 para o atendimento desde os casos simples

ate as emergencias, respectivamente. Contudo esta voltado para a consulta, socorro, tratamento e

a internacao de pessoas que necessitarem de tratamento de saude, com especial atencao a clınica

obstetrica e neonatal [SAA, 2006].

A procedencia do hospital e uma associacao beneficente evangelica de Joinville.

Portanto, o hospital Dona Helena e uma instituicao particular, associativa e nao governamental.

A natureza de operacao do hospital e de entidade sem fins lucrativos. O hospital Dona Helena,

embora nao obrigado, tem uma estrutura organizational baseada nos parametros eticos definidos

pelo Conselho Regional de Medicina, como no organograma de definicao generica exposto na fi-

gura 3.7. Contudo este hospital tem grande apoio de outras instituicoes, e oferece suas estruturas

para constituicao de trabalhos sociais, como o Pro-Humano e o Bio-Etica. A partir destes nucleos

de pesquisas, anualmente sao publicados trabalhos no Simposio Brasileiro de Saude a fim de me-

lhorar as condicoes normais de saude da populacao e de definir padroes eticos nos tratamentos

hospitalares [Valente, 2006] [SAA, 2006].

Estruturalmente a instituicao ocupa uma area de 14.198m2 de hospital, 760m2

de pronto socorro e 485m2 de ambulatorios somando um total de 15.443m2 de area coberta. Nesta

area conta com 63 unidades clınicas e cirurgicas, 12 leitos de neurociencias, 25 leitos obstetricas,

7UTI: Unidade de Terapia Intensiva

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19 leitos de pediatria e 8 leitos de neonatologia. Tambem conta com 7 UTI‘s para adultos e 6 UTI‘s

neonatal, somando um total de 140 salas de internacao e tratamento. Alem disso conta com um

avancado centro obstetrico, constituıdo de 2 salas de triagem, 4 quartos individuais de pre-parto,

2 salas de parto, 2 salas de cirurgia 8 leitos de recuperacao pos-anestesica em duas salas. Por fim,

existem 25 setores que envolvem os aspectos operacionais normais do hospital, sendo relacionados

na tabela 3.1

Tabela 3.1: Setores e Equipamentos do Hospital Dona Helena

Setores Equipamentos de Manutencao da Vida

Administracao Dispositivos de Escritorio.

CDI-(Centro de Diagnostico por Imagem) 6 Tipos RAIO X, Tomografo Computadorizado, Ultrasson Doppler,

Ultrasson Ecografo.

Centro de estudos 6 Computadores Preparados com simuladores

Compras Sem Equipamentos de Clınica

Convenios Sem Equipamentos de Clınica

Corpo-clınico Sem Equipamentos de Clınica

Conforto medico Sistema de Som Para Emergencia

Endoscopia Endoscopio das Vias Respiratorias, Endoscopio das Vias Urinarias,

Laparoscopio de Vıdeo, Microscopio Cirurgico, Monitor ECG,

Monitor de Pressao Invasivo

UTI Eletrocardiografo, Monitor de Pressao Invasivo de nao Invasivo,

Monitor de ECG,Microscopio Cirurgico, Marcapasso Temporario,

Respiradores Invasivos e nao Invasivos, Incubadora (UTI neonatal),

Fototerapia (UTI neonatal), etc

Ambulatorio Equipamentos de pre-diagnostico Medico em Geral

Enfermagem Sistema de Controle, Preparacao e Dosagem de Medicamentos

Farmacia Sistema de Controle de Medicamentos

Ressonancia (Parte do CDI) Ressonancia Computadorizada Eclipse

Fisioterapia e Acao Ergonomica Muitos aparelhos de alongamento, Colchao Manta Aquecida,

Manta eletro-choque

Hospedagem 36 Quartos de Hospedagem com monitores vitais

Laboratorio de analises clınicas Microscopios Bayer, Hemo-Centrıfuga, Frasqueira Computadori-

zada e etc

Laboratorio de anatomia patologica Microscopios Bayer, Centrıfuga, estufas e etc

Manutencao operacional Sem equipamentos de Clınica

Nutricao Medidores de Pressao Arterial, Processador de Alimentos Especi-

ais

Recursos humanos Sem Equipamentos de Clınica

Reproducao assistida (Parte do CDI) Ultrasom Doppler Colorido,

Saude da mulher Laparoscopio/Vıdeo

Tecnologia da informacao Sem Equipamentos de Clınica

Setor de treinamento Simuladores Clınicos

Ambulancias Maioria dos Equipamentos da UTI

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A respeito deste projeto, estes dados sao de extrema importancia para contex-

tualizacao do ambiente encontrado em cada setor. No entanto, estes equipamento variam muito

em caracterısticas e alocacao de um hospital para outro. Contudo, estes dados foram coletados de

modo geral, levando em conta o que tem-se de infraestrutura em comum entre os hospitais, sendo

melhor especificado em 3.4.

O Hospital Dona Helena, conta com a estrutura de tres predios interligados.

O predio de bloco numero 3 e constituıdo de tres pavimentos, e especıfico para a emergencia

medica. No predio de emergencia ficam situados os leitos de terapia intensiva, onde conta com

avancados sistemas de monitoramento e manutencao da vida. Os outros dois predios sao exclusi-

vos de analises clınicas, sendo constituıdo de cinco pavimentos em quatro andares.

Dos cinco pavimentos que constituem os predios 1, 2 e 3, os andares estao se-

parados em natureza de operacao. Dentre os quais, o subsolo e onde esta situado as operacoes de

manutencao e limpeza. No piso terreo existe, a emergencia no bloco 3, os consultorios, enferma-

gem e farmacia no bloco 1, e no bloco 2 os centros de treinamento medico e administracao.

No segundo piso, o bloco 3 conta com o CPD (Centro de Processamento de

Dados), Centro de tratamento de imagens medicas e centro de treinamento medico. No bloco 2

tem-se leitos de internacao, e no bloco 1 o centro de analises clınicas. Ja o terceiro, quarto e quinto

piso so existe nos predios 1 e 2, respectivamente destinado a radiologia, hospedagem e analises

laboratoriais.

Contudo, um hospital que desde a criacao deu grande enfoque ao setor obstetrico

e fortemente preocupado com as questoes nutricionais dos pacientes. Estes entre outros aspectos de

qualidade, garantiu ao hospital o tıtulo de Acreditacao Hospitalar8, que sao programas de incentivo

a qualidade de servicos medicos prestados em entidades de saude publica e privada. Portanto, um

hospital que presa pela vida dos pacientes com muita qualidade e dedicacao.

3.4 Correlacao Hospital Dona Helena e Hospitais em Geral

Dentre os aspectos relevantes ao projeto, existe a necessidade de caracterizacao

generica dos ambientes hospitalares. Sabe-se entao da definicao de hospital que deve-se existir

organizacao nos dados clınicos e que no mınimo deve haver um setor de enfermagem e outro

8Diz respeito a evolucao da qualidade de atendimento aos pacientes, e e gerenciado por tr6es entidades: CQH

- Programa de controle de Qualidade Medico Hospitalar, ONA - Organizacao Nacional de Acreditacao e a CBA -

Consorcio Brasileiro de Acreditacao

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terapeutico operando 24 Horas por dia, 365 dias por ano. Contudo, isto e o que existe de infraes-

trutura mais basico necessario para caracterizacao de hospital [Queiroz, 2005].

Diante da pesquisa realizada, pode-se perceber a existencia de uma infraestrutura

comum entre os hospitais, embora isto nao seja regulamentado. Entretanto existe uma rotulacao

de escalas e grandezas hospitalares, gerenciado por orgaos governamentais, geralmente os conse-

lhos regionais de medicina. Esta definicao de portes tem a finalidade de facilitar os processos de

realizacao de censos e definicao de estatısticas para facilitar a distribuicao de recursos de infraes-

trutura, em casos de hospitais publicos, e determinacao da amplitude de surtos epidemicos baseado

na lotacao destes hospitais [CRMSP, 2004].

Para esta pesquisa foram considerados hospitais de classe de grandeza media,

que consideram o numero de leitos entre 101 a 500 [CRMSP, 2004]. Desta infraestrutura fısica

pode-se prever analiticamente a utilizacao de equipamentos em comum entre os hospitais. Estes

equipamentos ficam definidos de acordo com sua caracterıstica (Movel ou Fixo) alocados para de-

terminados setores e salas. Para tanto, esta classe possui uma infraestrutura comum analogamente

representado pelos setores de atuacao demonstrados na tabela 3.2 [SAA, 2006] [CRMSP, 2004]:

Tabela 3.2: Infraestrutura Comum de Hospitais Classe Media

No de Alas Descricao de Alas Equipamentos

1 Centro de analises clınicas Equipamentos de auxilio a Diagnosticos

1 Radiologia Ressonancia e Raio X

1 Enfermaria Equipamentos de Controle de Dosagem

1 Farmacia Controle de conservacao de medicamentos

1 Setor de Administracao Equipamentos de Escritorio

5 Salas de espera Nenhum equipamento especıfico

120 Leitos para internacao Equip. Monitores da vida, Equip. de Manutencao da Vida, Siste-

mas de alarme

10 Leitos de UTI‘s Equip. Monitores da vida, Equip. de Manutencao da Vida, Equipa-

mentos Cirurgicos, Animadores Vitais

5 Recuperacao pos-anestesia Monitores e dosadores de medicamento

1 Setor de servicos gerais Equipamentos de limpeza e manutencao

Sobre a questao de gerenciamento da infraestrutura geral, incluindo desde aspec-

tos prediais e equipamentos, existe tambem um modelo comum de organizacao para entidades de

saude publica. Este modelo define o domınio de gerencia para cada setor, sendo que cada setor

e monitorado especificamente pelo departamento de Infraestrutura. Entretanto em analise ao or-

ganograma, percebe-se que o nıvel de autoridade para cada setor, inclusive o de infraestrutura e

o mesmo. Portanto, grandes tomadas de decisoes normalmente sao realizadas pelos conselhos de

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entidade e deliberativos como pode ser visto na figura 3.7 [Costa, 2006] [Valente, 2006].

Figura 3.7: Modelo Generico de Organizacao para Entidades Hospitalares Publicas

Contudo, pode-se perceber e a existencia de muita heterogeneidade nos ambi-

entes hospitalares, variando de um hospital para outro. Entretanto, existem muitas caracterısticas

que podem ser consideradas em comum na analise da infraestrutura de hospitais. Percebe-se que

as caracterısticas operacionais dos equipamentos e alas em comum nos hospitais sao semelhan-

tes, apesar das variacoes das caracterısticas estruturais dos predios. Contudo, este fator auxilia

na determinacao de uma infraestrutura comum de rede sem fio, onde os obstaculos normais sao

previsıveis em cada ala e possıveis de serem documentadas.

3.5 Consideracoes

Este capıtulo expos a natureza dos problemas encontrados dentro do contexto

de rede que se propoe estruturar. No entanto, grande parte destes problemas vao ser realmente

evidenciados no momento da analise e definicao dos requisitos do projeto. Porem, a definicao

das estruturas organizacionais e funcionais dos ambientes clınicos, interno ou externo ao hospital,

demanda de cuidados particulares ficando claro que parte dos problemas nem sempre poderao ser

resolvidos por redes sem fio.

A definicao dos lugares de emprego da malha de rede sem fio e definida a partir

dos estudos especıficos ao ambiente. Para tanto, modelos de predicao foram sugeridos como me-

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todologia para viabilizacao de tais analises nos dois grandes ambientes (Interno e externo). Estes

modelos de predicao facilitam no processo de medicao/coleta dos dados e tratamento dos mes-

mos a partir de dois modelos, o empırico e o determinıstico. Contudo, com estes modelos e o

possıvel medir o nıvel de ruıdo de um ambiente, causado pelo uso de algum equipamento, auxilia

na definicao do alcance do sinal e determinacao de ajustes de potencia e escolha de antenas, tudo

para garantia de perfeita operacao e qualidade no emprego da rede.

Para o emprego da rede sem fio, foram analisados os aspectos que possibilitam e

os que limitam seu uso. Ficou claro que nos ambientes de ressonancia fica impossıvel a pratica de

tal metodo de transmissao, ja nos ambientes de terapia intensiva eles nao sao bem aceitos devido a

possibilidade de interferencia em equipamentos, porem nada que impossibilite a sua operacao. A

partir da definicao de lugares de emprego, analisa-se os varios aspectos de seguranca requisitados.

Diante da infraestrutura de rede ja existente nos hospitais, assim como averi-

guado no Hospital Dona Helena, as redes foram crescendo de maneira heterogenea, a medida que

a planta das instituicoes tambem foram crescendo. Entretanto, esta constatacao causa certa dificul-

dade da analise, devido a falta de documentacoes atualizadas do projeto da rede. Porem, existem

outros fatores que agravam o problema. Estes fatores sao a falta de normalizacao e formacao de

gargalos em determinadas regioes da rede, justamente devido a falta de planejamento antecipado

da rede, ou alteracao do projeto. Sao por estes motivos que uma proposta de rede visualizada de

maneira generica propoe medidas que visam amenizar estes acontecimentos, neste caso podendo

ser justificado pelo uso das topologias em malha.

Contudo, a seguranca diz respeito a definicao de criterios de acesso e distincao de

classes de usuarios em medicos, funcionarios comuns, pacientes e visitantes. Entretanto, e previsto

que qualquer usuario faca uso da rede de maneira a seguir os princıpios eticos de regimento do

hospital, como o acesso indevido a jogos, materiais pornograficos e assemelhados.

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Capıtulo 4

Prova de Conceito Hospital Dona Helena

Como no capıtulo 3 estabeleceu-se uma correlacao do Hospital Dona Helena em

comparacao generica de equipamentos comuns entre hospitais em geral. Portanto, descreve-se

os procedimentos e conclusoes sobre as analises de caso e Site Survey executados neste hospital.

Entretanto, deve-se considerar o estudo de irradiacao da rede como uma forma de viabilizar uma

infraestrutura de rede (preferencialmente em malha), seguindo determinados criterios que definem

estrategias para o Site Survey, como proposto no capıtulo 3.

O mapeamento das alas do hospital foi realizado de maneira a levantar todos as

informacoes sobre irradiacao do sinal, buscando tambem identificar as caracterısticas que pudes-

sem ser empregadas em um conceito de malha. Visto que uma serie de servicos como aplicacoes

de diagnostico por imagem e telefonia IP devam ser suportados por esta infraestrutura, esta em

evidencia o conceito de mobilidade para estes ambientes.

Este fator leva a reconhecer a malha como um mecanismo que pode tornar-se es-

sencial para a formacao de enlaces entre os nos servidores da rede sem fio. E facil perceber como

a malha proporciona que ambientes bastante heterogeneos, como o setor de CDI1, ofereca tais

servicos mesmo sobre o isolamento radiativo do ambiente. Isto e possıvel empregando pontos de

acesso de modo a concentrar a maior intensidade do sinal, nos corredores que proporcionam enla-

ces ao maior numero possıvel de celulas vizinhas, para isto requisitando um estudo de propagacao

eletromagnetica minucioso atraves de tecnica de Site Survey.

1CDI - Centro de Diagnostico por Imagem

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4.1 Site Survey

A execucao do Site Survey foi precedida sobre uma serie de padronizacoes, ob-

servadas como importantes a validacao das analises e posterior composicao dos mapas de radiacao.

Adotou-se o conceito de Pre-Site Survey sugerido nas bibliografias como forma de orientar a

analise sobre as caracterısticas dos ambientes. Para o uso correto dos dados do Pre-Site Sur-

vey, procedeu-se o estabelecimento de uma nomenclatura que serviu para rotular uma legenda com

blocos, andares e alas dos predios, constantes tanto nos mapas como nas folhas preenchidas com

o Pre-Site Survey.

O Pre-Site Survey, como pode ser visto no Apendice-G, sao procedimentos ou

questionarios de analise de caso e circunstancias dos ambientes em que a rede sera instalada.

Estes dados servem tanto para a contemplacao do projeto de arquitetura da rede, como para au-

xiliar a determinacao da referenciacao eletromagnetica dos ambientes e constituicao dos mapas

[Alexander, 2004b].

Na secao 2.3.1.1, foram descritos os modelos de referenciacao mais usualmente

utilizados. Dentre os tres modelos propostos, julgou-se relevante para o caso dos hospitais os

criterios estabelecidos pelo modelo que faz a referenciacao de maneira manual e empırica. Porem,

descartou-se o uso da tecnica preditiva para a referenciacao de ambientes, dado as comprovacoes de

grande heterogeneidade e setores e as particularidades de cada predio hospitalar [Alexander, 2004b].

Para a concretizacao da estrategia empregada no estudo de campo, contou-se

com a realizacao de um ensaio de procedimento para a posterior realizacao do Site Survey no

Hospital Dona Helena. Este ensaio foi realizado no segundo piso do bloco-F do CCT-UDESC2.

Os dados capturados, serviram para otimizacao das praticas de medicao, testes de equipamentos

e definicao de estrategias de resolucao, a partir das caracterısticas dos equipamentos e antenas.

Contudo, esta pratica ajudou na definicao dos modelos e tecnicas a serem adotadas, visto que o

ambiente das salas neste pavimento do bloco-F serem parecidas ao encontrado nos hospitais.

Tendo sido estudado e comprovado na pratica, durante o ensaio no CCT-UDESC,

o modelo seguido para a referenciacao foi o empırico e manual. Entretanto, a escolha dos equi-

pamentos de analise foram escolhidos de maneira criteriosa (Radios transmissores e Antenas),

objetivando alcancar os resultados dentro das normas. Contudo, os equipamentos utilizados para

a medicao sao homologados pela ANATEL, e obedecem todos os criterios mınimos de qualidade

exigidos por lei. Isto torna os testes realizados confiaveis e dentro das normas que amparam a

2CCT - Centro de Ciencias Tecnologicas da UDESC

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operacao de uma rede sem fio. Os equipamentos utilizados e suas configuracoes de montagem

sao:

• ApCOM WAP254 + Antena Setorial 12dBi = Potencia irradiada do conjunto 165mW

• ApCOM WAP254 + Antena Omni-Direcional 12dBi = Potencia irradiada do conjunto 165mW

• Linksys WRTG-54 + 2 x Antena Omni-Direcional 2 dBi = Potencia irradiada do conjunto

70mW

• Laptop DELL Inspiron 6000, Cartao wireless Intel PROSet A/B/G 100mW + 2 x Antena

helicoidal 2 dBi = Potencia irradiada do conjunto 70mW

Estes equipamentos foram dispostos em uma haste como pode ser observado na

figura 4.1, onde sao apresentados os dois radios transmissores e os tres tipos de antenas. O terceiro

conjunto obtem-se alternando o pigtail3 entre as antenas omni-direcional e setorial.

Figura 4.1: Metodo de fixacao para utilizacao dos equipamentos

A maneira como as antenas foram dispostas no momento da medicao tambem

foi cautelosamente determinado. Isto faz-se necessario dado que deve-se respeitar distancias de3pigtail: Pequeno cabo coaxial, com conectores especiais, utilizado para interligar o radio com a antena

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proximidades de paredes, objetos reflexivos ou luz UV4, como pode ser visto na figura 4.1. Ocorre

que se os equipamentos forem posicionados inadequadamente o ensaio nao se valida, dado a possi-

bilidade de interferencias por reflexao e/ou harmonicas distorcerem o sinal de modo que o mesmo

fique muito variavel. Contudo, uma forma de verificar se o sinal esta livre de interferencias pode

ser notado analisando a uniformidade do espectro de radiacao [Earle, 2006].

As antenas sao equipamentos fundamentais para a realizacao dos estudos ele-

tromagneticos e tambem para a implantacao da rede. E perceptıvel que o ganho proporcionado

pelas antenas nao e tao grande quanto o dos radio transmissores. Porem, as antenas possuem con-

sideravel sensibilidade para capturar e propagar sinais de radio. A sensibilidade e caracterıstica

pessoal de cada antena, variando do material e maneira como ela foi feita. Antenas de boa qua-

lidade oferecem grande sensibilidade tanto de recepcao quanto de transmissao de sinal, servindo

como ferramenta ao radio transmissor para a formacao de nuvens eletromagneticas bem uniformes

e invariaveis.

A escolha das antenas partiu das analises dos ambientes estudados no capıtulo 3.

Neste caso, verificou-se o numero grande de corredores, saguoes e espacos externos, o que requeria

dois tipos de antenas. Por estas razoes, as antenas escolhidas para os testes foram de caracterısticas

setorial e omni-direcional como pode ser visto na figura 4.2.

Figura 4.2: Antenas utilizadas para o Site Survey

Como pode ser analisado na figura 4.2, a antena omni-direcional tem a proprie-

dade de irradiar sinal para os 360o em polarizacao vertical, enquanto a antena setorial irradia com

4UV - Ultra Violeta

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abertura de 60o em polarizacao vertical e horizontal em uma unica direcao. Estas diferencas sao

uteis aos testes, dado que enquanto a setorial concentra o sinal em uma direcao, entao propensa ao

uso em corredores. A antena omni-direcional irradia em todas as direcoes propensa a ambientes

sem hostilidade, e ambientes abertos sem muitas divisorias. Contudo, o conjunto de elementos

utilizados para o site survey vao alem dos que sao empregados na rede a ser implantada. Devido

a necessidade de haste de apoio, pigtails especiais entre outros equipamentos que acabam gerando

um decrescimo no nıvel de sinal. Estas perdas estao entre os fatores que requerem uma margem de

tolerancia em 10% na consideracao das amostras em analise para garantias de qualidade do sinal.

O espectro de radiacao alem de demonstrar o ganho e sensibilidade do conjunto

(antena + radio), demonstra a qualidade do sinal. A qualidade por sua vez, esta diretamente ligada

a uniformidade com a qual o sinal esta se propagando pelo ambiente. Caso o sinal apresente muita

variacao, e facil perceber que os dispositivos terao maior dificuldade de associacao e manutencao

da conectividade, mesmo com o ındice de sinal alto. Neste caso, o ındice utilizado para medir a

oscilacao na rede e o SNR (Signal Noise Ratio), e utilizado para atestar a qualidade do sinal, indi-

cando quantos dB‘s faltam para ocorrer a desassociacao com o ponto de acesso. Isto porque, o SNR

e a relacao SINAL x RUIDO que mede a qualidade do sinal em funcao do ruıdo proporcionado

pelas interferencias do meio/ambiente. Sendo assim, quanto maior o SNR, maior e a estabilidade

da rede.

Na tabela 4.1, apresenta-se uma serie de ocorrencias possıveis de serem detec-

tadas, e que determinam o nıvel de qualidade do sinal em um determinado ambiente de rede. Na

situacao 1, percebe-se uma situacao de conforto e uniformidade do sinal atraves do baixo ındice

de ruıdo e alto ganho do sinal. Desta mesma caracterıstica a situacao 2 ocorre, porem com o

sinal com menor ganho, possivelmente justificado pela distancia ou obstaculos naturais. Ja na

situacao 3 existe algum fator do ambiente que esta proporcionando eventos de ruıdo alto no si-

nal, possıvelmente sinais reflexivos por determinados objetos ou interferencia de outros aparelhos,

gerando um sinal regular/satisfatorio, porem imprevisıvel.

Tabela 4.1: Nıveis de qualidade de sinal entre os ındices SNR (medidas em dB‘s)

Situacao Amplitude do Sinal Ruıdo Qualidade1 ≥ -45 ≤ 10% Otima, SNR ' 80

2 ≥ -65 ≤ 10% Bom, SNR ' 70

3 ≥ -45 ∼ 25% Regular, SNR ' 45

4 ≥ -25 ∼ 85% Pessimo, SNR ' 20

5 ≤ -78 ∼ 5% Bom, SNR ' 75

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Ainda analisando a tabela 4.1, na situacao 4, como vivenciado na figura 4.4, o

sinal encontra-se em pessima qualidade. Possivelmente muito oscilante devido o fato de possuir

uma amplitude alta e um ruıdo elevado. No ultimo caso (5), percebe-se a situacao de uma am-

plitude baixa, porem com o ındice de ruıdo tambem baixo e sendo qualificado com um sinal de

qualidade boa. Isto ocorre, devido o fato deste equipamento provavelmente encontrar-se em boas

condicoes de ambiente e a uma grande distancia do local de medicao. Porem, neste caso o sinal

e considerado bom em relacao a capacidade de sensibilidade de cada dispositivo, entretanto este

assunto e abordado mais adiante na secao 4.3.

Figura 4.3: Espectro sala de ressonancia Computadorizada

4.1.1 Ambientes Crıticos do Hospital Dona Helena

Na pratica, analisando a figura 4.3 pode-se perceber o espectro eletromagnetico

do sinal no interior da camara de ressonancia do Hospital Dona Helena. Tambem na figura 4.4

pode-se verificar a grande variacao GANHO x SNR, o SNR apresenta-se muito baixo demons-

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Figura 4.4: Dados de leitura na Sala de Ressonancia Computadorizada

trando um sinal de pessima qualidade mesmo com um ganho satisfatorio. Em comparacao a ambas

as figuras, pode-se verificar uma incoerencia que explica uma das anomalias, muitas vezes ocorri-

das nas redes sem fios e que levam muitas empresas a gastarem esforcos na troca de equipamentos

de modo desnecessario. Neste caso, o problema esta no ambiente que nao e propıcio para o espa-

lhamento do sinal, deixando aos usuarios da rede a inexplicavel sensacao de o sinal estar bom, mas

nao conseguir conectar-se ou estar obtendo pouca performance [Earle, 2006] [Alexander, 2004b].

O fato do ambiente ser determinıstico na qualidade do sinal, e devido a suas pro-

priedades de paredes e objetos. Portanto deve-se levar em conta as analises para a definicao das

estrategias da melhor resolucao de diversas formas, aproveitando-se de capacidades de emprego de

antenas externas/internas, setoriais/omni-direcionais. Sendo assim, no caso pratico as formas ado-

tadas para o Hospital Dona Helena, observaram-se que a disposicao dos predios/blocos sugerem

ambientes externos muito propıcios ao espalhamento uniforme do sinal. Porem, existem ambientes

nao propıcios ao espalhamento do sinal, como a ala de emergencia, pediatria, CDI e recepcao que

estao localizadas no terreo. Estes ambientes sao completamente heterogeneos e requerem emprego

de pontos de acesso localizados, como pode ser observado no mapa ilustrado na figura ilustrada do

Anexo-H.

A estrategia adotada para a pratica do Hospital Dona Helena considerou a possi-

bilidade de resolucao de duas formas, a estrategia de resolucao interna e a estrategia de resolucao

externa. Em analogia as arquiteturas comuns dos predios de hospitais, nao existe uma forma pa-

dronizada que possa sugerir uma unica estrategia para a implementacao da malha ou qualquer

infraestrutura hospitalar. Este fato pode ser verificado comparando-se os hospitais Dona Helena

e Unimed de Joinville. O Hospital Dona Helena possui tres predios com dois, tres e quatro an-

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dares respectivamente. Ja o Hospital Unimed-Joinville possui um unico predio com sete andares.

Sendo assim indispensavel a analise dos ambientes em cada situacao, porem aplicando tecnicas

especıficas para ambientes distintos comumente encontrados nos hospitais.

4.1.2 Estrategia de Resolucao Externa

Trata-se de uma estrategia que visa o posicionamento de antenas externas aos

pavimentos do hospital, porem sobre o abrigo de mecanismos acondicionadores para os radios,

como caixas hermeticas e ventiladores. Entretanto, nesta estrategia utilizou-se o espaco aberto

existente entre os blocos 2 e 3, parte de traz do almoxarifado e a lateral direita do bloco DH2,

como pode ser visualizado na planta em Anexo-H e nasa figuras E.6 e E.9. Nestes casos, como

sera comprovado mais adiante, pelos mapas de cobertura, proporcionam uma grande economia

de recursos e numero de dispositivos dado a grande capacidade de espalhamento de sinal. Porem

estes foram os lugares onde mais sensato julgou-se o emprego externo de antenas levando em

consideracao fatores de risco e vulnerabilidades acentuadas nestas localizacoes.

Considerando os ambientes externos de total domınio do Hospital Dona Helena,

buscou-se viabilizar lugares de posicionamento que nao oferecessem fuga de sinal para fora dos

ambientes hospitalares. Isto foi viabilizado empregando os testes com antenas setoriais em algu-

mas ocasioes, e omni-direcionais em outras. Como pode-se visualizar no Anexo-H, nos ambientes

do almoxarifado e refeitorio, a antena setorial se comportou satisfatoria neste criterio. Ja no am-

biente central aos predios 2 e 3 a omni-direcional satisfez, visto que os proprios predios foram

capazes de gerar uma barreira de contencao do sinal. Contudo, o enfoque destes dispositivos foi

de propiciar um entrelacamento conciso para a boa formacao da malha.

Nestes ambientes, o aspecto da malha nao e apenas de enlace de extremidades,

como nos casos do almoxarifado e refeitorio, mas tambem de promover a ligacao sem fio entre os

nos dos andares superiores. Entretanto, em situacoes de testes, exigiu-se que os equipamentos e

antenas fossem erguidos em uma haste maior, de seis metros de altura. Isto porque, em lugares os

predios tem ate quatro andares, necessitando uma melhor divisao do espectro de irradiacao para

alcancar a todos, como pode ser analisado no mapa 4.5 e na foto 4.6. Na figura 4.5, a legenda

especifica o emprego de tipos de equipamentos nos diversos setores orientados pela marcacao da

esquerda. A forma de leitura desta nomenclatura encontra-se no Anexo-G.

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Figura 4.5: Analise de caso posicionamento setoriais com resolucao externa

Sendo assim dispostos, estes equipamentos promoveram a cobertura completa

dos andares na parte de visada direta, como justificado na secao que trata dos mapas de cobertura.

Entretanto, a parte que nao satisfez as condicoes para a resolucao externa requisitaram estrategias

que fossem distribuıdos dispositivos transmissores sobre os corredores do ambiente interno ao

hospital.

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Figura 4.6: Foto do posicionamento setorial externo, em frente ao refeitorio

4.1.3 Estrategia de Resolucao Interna

Na estrategia de resolucao interna os equipamentos sao mais facilmente acondi-

cionados. Porem deve-se proceder o posicionamento de maneira criteriosa, no intuito de promover

transparencia e nao transmitir desconforto aos usuarios e pacientes que ali se encontram. Sendo

assim, como sugerido na proposta de resolucao externa, o ambiente interno possui caracterısticas

que necessitam muitos estudos de posicionamento e orientacao dos elementos de rede.

Os ambientes internos aos hospitais em geral, como analisado em suas carac-

terısticas no capitulo 3, requerem uma rede de configuracao em malha. Visto que e notorio em

ambientes como a emergencia onde ha muita heterogeneidade, existir a necessidade de varios re-

cursos estarem proximos, com o objetivo de diminuir os contratempos com locomocao de pacientes

crıticos. Deste modo, devido sua necessidade de garantia de disponibilidade e desempenho, as ca-

racterısticas formadas nestes ambientes sugerem a contemplacao de canais naturais de enlace entre

os nos de malha. Sendo estes definidos pela irradiacao mais forte, entre os corredores e ambientes

abertos, propiciando os mais sugestivos enlaces entre as celulas para a formacao da malha, como

pode ser visto no mapa 4.7.

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Figura 4.7: Formacao dos enlaces sem fio na rede interna

No mapa ilustrado pela figura 4.7, deve-se considerar os raios como apenas o

indicativo das ligacoes formadas entre os nos da rede em malha, e nao a propria geografia de

composicao da malha. Embora nao descrito no mapa, e facil perceber que o principal enlace

entre os nos da rede acontecera nos corredores que ligam os setores. Isto ocorre devido a superior

capacidade de espalhamento do sinal nestes lugares, facilitando assim que sinais propagados de

antenas diferentes sejam congruentes em lugares abertos.

Ao tratar da rede sem fio no ambiente interno de hospitais, sabe-se que as dificul-

dades de evitar pontos de sombra aumentam. Naturalmente na tentativa de evitar este problema o

numero de pontos de acesso crescem de acordo com a heterogeneidade dos ambientes. A situacao

ainda piora quando a rede esta sujeita a interperies de harmonicos de irradiacoes adversas, como

pode ser visto na secao 4.4. Deste modo, harmonicos sao combinacoes de ondas de radio, mui-

tas vezes causado por interferencias ou reflexoes, que acabam por formar uma terceira onda radio

frequencia, constituıda da soma destes fragmentos de sinal. Este evento causa um efeito tambem

conhecido como falso positivo5 na rede sem fio.

5Falso Positivo: Quando aparentemente possui determinado sinal de rede, porem o sinal nao foi constituıdo pelo

radio transmissor associado

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Estas anomalias devem ser consideradas procedendo-se o estudo para a minimi-

zacao dos impactos, na rede em malha nos ambientes onde nao existam os mesmos obstaculos,

como no setor da administracao por exemplo. Para isso, a correta especificacao e posicionamento

dos dispositivos transmissores no ambiente interno, tornam os problemas existentes localizados

apenas em sua origem. Este fato, exige um raciocınio redobrado no momento da analise dos ma-

pas internos para a definicao de equipamentos. Por exemplo, sabe-se que antenas omni-direcionais

tem uma grande capacidade de reproduzir qualquer ruıdo que esteja a sua volta. Com isso, proble-

mas causados pela reproducao deste ruıdo pode se propagar por toda a malha, gerando impressoes

de falso positivo, oscilacoes na intensidade do sinal entre outros [Alexander, 2004b]. Portanto,

problemas deste genero, comumente encontrado nos hospitais devem ser considerados prioridade

na contemplacao do projeto de redes em malha, bem como na analise dos ambientes e escolha de

antenas corretas para cada setor. Sendo assim, observou-se que nos ambientes internos que con-

tenham qualquer especie de aparelhos que propagam radiacao, deve-se utilizar multiplas antenas

setoriais com divisores6 de potencia para aumentar a abrangencia direcional, se for o caso.

Figura 4.8: Comparacao do nıvel de ruıdo capturado por dois tipos de antenas

Como pode ser analisado na figura 4.8, no melhor caso, o maior SNR obtido pela

antena omni-direcional fica 16dB‘s inferior do obtido pela antena setorial na mesma medicao. Isto

comprova o problema da antena omni-direcional para contemplacao de ambientes ruidosos, como

o vivenciado no setor do CDI. Porem, com o uso de antenas setoriais, a contemplacao da rede em

malha fica dificultado devido suas caracterısticas diretivas, requisitarem um maior numero de ante-

nas. Outro fator que dificulta as analises para a definicao de dispositivos e a falta de documentacao

do predio hospitalar, bem como sua documentacao historica. No caso pratico, percebeu-se que a

planta baixa, como no Anexo-H, e insuficiente para definir-se uma serie de recursos e orientacoes

6Divisor de Potencia: Elemento conector e multiplicador de interfaces coaxiais para radio frequencias

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para os testes de site survey.

Esta observacao so ocorreu no instante da realizacao dos testes em consultorios

localizados proximo as salas de ressonancia, setor DH2.1.2 na planta baixa. Procurou-se respos-

tas sobre o porque nao chegava sinal nestas salas, mesmo com o equipamento transmissor bem

proximo. Depois de varias indagacoes, em conversa com um senhor que vivenciara a muito tempo

o funcionamento do hospital, descobriu-se que antigamente estas salas, (Legenda DH2.1.2 nos

mapas), eram locais de procedimento de RAIO-X, contendo suas paredes isoladas com elementos

de contencao de radiacao em medias e altas frequencias, como o niobio e bario.

Diante destas varias novas observacoes, faz-se necessario o estudo historico das

dependencias dos ambientes de modo a tambem comporem parte dos documentos de pre-site sur-

vey, para real efetivacao das informacoes contidas nos mapas que determinaram a rede. Deste

modo buscando viabilizar de forma mais acertada a concepcao da rede em malha nos ambientes

incomuns em diferentes hospitais.

4.2 Rede em malha Hospitalar

A malha hospitalar, mais propıcia em condicoes/ambientes onde cabeamentos

guiados nao sao viaveis, propoem uma maneira de homogeneizar as areas de cobertura da rede.

Deste modo minimizando os efeitos da heterogeneidade dos ambientes. Sendo assim, o posici-

onamento estrategico dos pontos de acesso, proporcionam a formacao de enlaces em locais de

comum utilizacao, como e o caso dos corredores. Este fator contribui para o aumento das areas

de cobertura, visto que o sinal emitido pelos pontos de acesso sao somados e orientados de varias

direcoes. Este conceito de malha, aplica-se aos hospitais em diferenca a outros negocios, dada a

envergadura dos predios e a grande variedade de setores, tipos de paredes, equipamentos e usuarios

[Barizon, 2006] [Intel, 2006].

Os pontos de sombra de uma rede em malha sao extremamente reduzidos em

relacao as redes estruturadas. Este fato explica-se porque em uma rede estruturada procura-se

resolver os problemas locais, onde consegue-se chegar um cabo no ponto de acesso. Sendo assim,

nao existe qualquer forma de enlace sem fio entre os nos da rede, ficando imperceptıvel a dosagem

de qualidade de sinal, abrangencia real, deficiencia de QoS7 e baixo suporte a mobilidade. Entenda-

se por mobilidade o ato de um dispositivo ser locomovido entre diferentes nos/pontos de acesso,

associando-se e desassociando-se sem perder a conectividade com sistemas online. Deste modo

7QoS: Servico de garantias mınimas de qualidade na execucao de determinadas aplicacoes em rede

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ainda, existem muitos conceitos que tratam a mobilidade em contextos de aplicacao e abrangencias

distintas, classificando-a como mobilidade, micro-mobilidade e macro-mobilidade [Shorey, 2006]

[Zill, 2006] [Intel, 2006].

Deste modo, o enfoque desta busca pela melhor definicao para o emprego da

malha hospitalar sem fio, tem como objetivo satisfazer as aplicacoes e ao mesmo tempo as con-

veniencias de se ter facilidades na execucao destas atividades. No entanto, todas as definicoes

desta rede sao voltadas as aplicacoes, que por sua vez sao diretamente voltadas a seus utilizadores.

Sendo assim, como tratado no capıtulo 3, esta rede possui tres tipos de usuarios distintos, exigindo

classes de regras para suas atuacoes na malha.

Pode-se entao constatar que a aplicacao mais exigente esta inserida nas regras

de negocio e tratamento de dados de diagnostico. Esta classe de usuarios e representada pelos

medicos que necessitam percorrer os corredores e adentrar salas de maneira ativa com uso de

ramais moveis, VoIP, prontuario eletronico e eventualmente diagnosticos por imagem. Ao mesmo

tempo uma segunda classe de usuarios representada pelos pacientes e visitantes necessitam no

maximo um indispensavel uso de navegadores de internet e/ou sistemas de informacao online.

E a terceira classe com os usuario administrativos, empregando sistemas como os de controle

de estoque, logıstica e VoIP. Diante destas constatacoes, verificou-se coerente o tratamento de

prioridades para a execucao das aplicacoes. Porem existe tambem questoes relativas aos perfis de

usuarios da rede, nao devendo-se tratar de igual para igual suas necessidades e/ou conveniencias.

Exemplificando este caso, os medicos necessitam mecanismos de autenticacao

em seus dispositivos, que o identifique dentro de um grupo de usuario com perfil de maxima

qualidade. Deste modo ativando regras de QoS8 para este grupo na rede, que seja superior as de

usuarios menos privilegiados, como pacientes e visitantes que compoem outro grupo. Isto faz-se

necessario dada a disputa pelo meio, prioridade de servicos e concorrencia de banda comprometer a

qualidade na execucao de determinadas aplicacoes para apenas satisfazer o uso abusivo de usuarios

nao privilegiados. Deste modo, deve-se prever os efeitos do numero de usuarios e aplicacoes, para

que se possa definir os pontos da malha que farao interconexoes ao backbone internet e servidores.

Sendo assim, como exemplo criou-se para demonstracao didatica uma relacao/estudo de consumo

de banda por atividades de cada perfil de usuario. Este exemplo pode ser analisado na tabela 4.2

com dados retirados de referencias com vasto estudo sobre QoS [David, 2003][Ribeiro, 2003].

8QoS : Conjunto de regras que aplicados em protocolos de roteamento e codificadores de servico, garantem a

qualidade de determinados servicos

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Tabela 4.2: Analise de consumo de recursos da rede hospitalar, de acordo com perfis de usuario

Usuario Servico Demanda Efetiva Total Requisitado Pelo Perfil

Medico e Enfermagem VoIP 160Kbps

Internet 500/300Kbps ∼ 14Mbps

Prontuario 1Mbps

Diag. Imagem 10Mbps

Outros 1Mbps

Administracao VoIP 160Kbps

Sist. Logıstica 1Mbps

Internet 500/300Kbps ∼ 3Mbps

Outros 1Mbps

Pacientes/Visitantes Internet 500/300Kbps ∼ 600Kbps

Na tabela 4.2 exemplificando o consumo de banda de uma suposta rede, estabele-

ceu-se uma relacao entre os possıveis perfis de usuarios. Deste modo pode-se prever a necessidade

do emprego de regras de qualidade aos servicos de telefonia, sistemas de prontuario eletronico e de

logıstica. Embora a utilizacao efetiva da rede nao seja em tempo integral por todos os associados,

deste modo os perfis definiram ındices de gastos de banda, restringindo a amplitude elevada da

banda para usuarios como os visitantes e pacientes. Entretanto, analisou-se a infraestrutura da rede

em malha como sendo variavel entre diferentes hospitais, e isto e impactante para a definicao da

concentracao de nos/radios da rede. Isto culmina como determinante para a alocacao de usuarios

em determinados espacos fısicos, ficando impossibilitada a forma de determinacao generica do

consumo de banda e numero de associacoes clientes.

Deste modo, os dados demonstrados na tabela sao apenas indicativos/estimativas

para a explanacao da situacao em que medicos e pacientes compartilham o mesmo meio de comuni-

cacao, e por isso requerem formas de autenticacao diferenciadas. Um mecanismo de autenticacao

e necessario para distribuir rotulacoes entre os usuarios, para aplicacao de regras e controle de

tempo de cessao para os usuarios visitantes e pacientes. Deste modo, sugere-se que a autenticacao

seja feita vinculada a uma referencia cadastral do paciente.

Diante destes conceitos e possıvel relacionar as caracterısticas arquiteturais das

malhas de rede sem fio. Havendo definicoes para escopo de malha que tratam justamente de con-

textos MACRO e MICRO malhas de rede. para isto relacionando aplicacoes de micro-malhas em

unica rede, nos modelos de unica ou multiplas interfaces e macro-malhas em multiplas redes ape-

nas em multiplas interfaces. Considera-se por interface o numero de antenas/transmissor que opera

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enviando e recebendo radio frequencias para a rede, excetuando sistemas/tecnologias que utilizam

multiplas antenas para um unico mecanismo de transmissao, como as tecnologias MIMO. Sendo

assim, dentre as varias maneiras de constituir-se malhas de rede sem fio e as varias necessidades

vivenciadas no ambiente hospitalar, notoriamente existem duas formas de se constituir malhas de

rede unicamente sem fios.

• Duas ou mais interfaces: O radio transmissor um numero igual ou superior a duas antenas,

alocadas para formacao de redes diferentes, deste modo sendo comumente empregado uma

para formacao de enlace e outra para ponto de acesso local;

• Uma unica interface: Quando existe uma unica rede, e o radio transmissor passar a operar

todas as formas de comunicacao por uma unica porta/antena.

Resgatando o exemplo sobre mobilidade, este retrata a necessidade dos dispo-

sitivos portateis serem deslocados entre areas de cobertura dos diferentes pontos de acesso. Isto

ocorre com o dispositivo migrando de celula em celula, associando-se e desassociando-se de ma-

neira transparente ao usuario do mesmo. Com isto, a rede em malha pode facilitar a resolucao de

boa parte dos problemas de mobilidade, utilizando algoritmos de roteamento pro-ativos9, que por

sua vez reduz parte dos mecanismos e protocolos de controle empregados para realizar a mesma

funcionalidade no modo infraestruturado reativo. Contudo esta afirmativa so e valida para um tipo

de configuracao de malha, a de interface unica [Mukherjee, 2004] [Zill, 2006].

E sabido que para qualquer forma de constituicao de malha requisita-se a ligacao

guiada para a interconexao de servicos. Contudo, desconsidera-se este fato momentaneamente no

intuito de focar o raciocınio na problematica nao guiada. Deste modo, utilizou-se o exemplo da

propagacao de ruıdo do setor de CDI (DH2.1.2) por toda a malha de rede em questao.

4.2.0.1 Duas ou Mais Interfaces

Neste caso, como pode ser visto na figura 4.9, com o emprego de duas ou

mais interfaces a arquitetura da malha ficaria mais concisa e evitaria o alastramento de inter-

ferencias atraves do uso de canais diferentes. Isto porque existiria uma interface responsavel pela

comunicacao entre as celulas, possıvelmente operando em alta frequencia, e outra interface res-

ponsavel pela ultima milha10. Deste modo, locais remotos seriam isolados dos efeitos de ruıdo na

malha vindos do CDI, devido existir um nıvel extra de roteamento/enderecamento servindo assim9Pro-Ativo: troca informacoes de roteamento entre as celulas, antes mesmo de reassociar/migrar um dispositivo

10Ultima Milha: Rede de enlace dos terminais/computadores

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Figura 4.9: Configuracao da malha com duas interfaces/redes sem fio

de filtro de interferencias, alem de propiciar uma abrangencia mais global dos ambientes e permitir

um maior numero de dispositivos.

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Figura 4.10: Configuracao da malha com uma unica interface sem fio

4.2.0.2 Uma Unica Interface

Por outro lado, como pode-se analisar na figura 4.10, a estrategia de contemplacao

da rede em uma unica interface/rede proporciona uma maior abrangencia da rede. Entretanto, deste

modo o problema de alastramento de interferencias tambem cresce na mesma proporcao devido a

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necessidade de utilizacao de um unico canal de transmissao para toda a rede. Entretanto, existem

inumeros benefıcios desta arquitetura que diz respeito ao modo de operacao da rede. Deste modo,

a rede estando integrada por completo possibilita a ativacao de protocolos de roteamento que fa-

cilitam o gerenciamento da rede. O conjunto de protocolos OLSR11, deste modo proporciona a

comunicacao entre as celulas operando de duas maneiras, sendo como agentes de roteamento ou

como gerentes de roteamento [Mukherjee, 2004].

4.2.0.3 Rede de Interfaces Hıbridas

No modelo de interface unica, as celulas quando operando como agentes de ro-

teamento sao responsaveis apenas pelo reconhecimento de enlaces entre os nos, quem sao seus

clientes de ultima milha e por efetuar o balanceamento de cargas atraves da comunicacao rece-

bida de seu gerente. Deste modo, o agente compondo uma tabela de roteamento local, abstrai

informacoes vindas do gerente e passa a estabelecer comunicacao com um dos nos de enlace que

faz fronteira. Existe portanto uma unica celula responsavel por operar efetivamente como ponto

de acesso, porem gerenciando um roteamento limitado a uma unica rede de modo centralizado

[Mukherjee, 2004].

Diante dos benefıcios e problemas de cada um dos metodos expostos, percebe-

se que satisfazem necessidades distintas de cada setor. Por exemplo, no setor de CDI e Centro

cirurgico seria mais indicado a malha de multiplas interfaces, ja no setor de emergencia e quartos

a malha de interface unica demonstra-se mais adequada. Deste modo, pode-se afirmar e visualizar

na figura 4.11, que a malha hospitalar deve ser constituıda hıbridamente, onde nos ambientes como

o CDI e Centro cirurgico pode-se enlacar os nos por rede guiada e/ou sem fio, quando necessario,

e outros setores a malha segue constituıda de um unico mecanismo para enlace e ultima milha.

Contudo surge indagacoes que retratam a usabilidade da rede com aplicacoes,

como anteriormente tratado de mobilidade por exemplo. Estes questionamentos sao facilmente

explicaveis dado o processo de criacao das malhas ocorrer em nıvel de associacao/enlace. Por-

tanto, embora nao seja o proposito das redes em malha, parte dos problemas de mobilidade podem

ser solucionados neste nıvel, nao comprometendo o emprego de outro sistema de mobilidade nos

nıveis de roteamento. Deste modo, quando a migracao entre as arquiteturas de dupla ou unica

interface ocorrer, devera ainda sim existir um gerente para a rede que trata exclusivamente da

mobilidade em nıvel de enderecamento, assim como o balanceamento de cargas e tratado no rote-

11Protocolo pro-ativo, principal responsavel pela formacao de enlaces de malha

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Figura 4.11: Configuracao da malha arquitetura hibrida

amento de malhas, operando com os algoritmos de mobilidade para infraestruturas macro. Deste

modo, pre-associando os dispositivos moveis em diferentes redes [Mukherjee, 2004] [Intel, 2006]

[Buettrich, 2004].

Geralmente os dispositivos de suporte a malha carregam capacidades extras de

suporte a VLAN‘s, DHCP Relay e protocolos de roteamento OLSR. Deste modo tambem, existem

sistemas que centralizam o gerenciamento da malha, um unico dispositivo roteador e w-switch12,

chamado de probe wireless. O Probe Wireless e uma estacao capaz de gerenciar varias redes sem

fio, inclusive com SSID‘s diferentes. Entretanto centralizando tarefas de autenticacao em sistemas

independentes. Contudo, sao estes equipamentos diferenciados que possibilitam que a malha sem

fio porte apenas um unico SSID, reduzindo sensivelmente os custos com gerenciamento de uma

rede com esta envergadura [Intel, 2006] [Buettrich, 2004].

Deste modo, e evidente a necessidade de analise dos mapas de referenciacao

magnetica em aspectos locais e globais para a correta especificacao da arquitetura. Neste caso,

faz-se a analise dos mapas do caso Hospital Dona Helena, como forma de demonstrar as variaveis

12Switch de interfaces wireless, gerencia portas virtuais possibilitando o emprego de funcionalidades como VLAN‘s

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e informacoes que devem ser considerados.

4.3 Composicao dos Mapas

A composicao dos mapas de referenciacao eletromagnetica e uma fase funda-

mental da elaboracao de uma rede sem fio. E nesta etapa que determina-se as caracterısticas de

propagacao de radio frequencias nos ambientes, para determinar a abrangencia da rede. Sendo

assim, deve-se considerar as diversas formas de medicoes utilizadas no Site Survey, bem como as

diferentes antenas e radios. Desta forma, buscando viabilizar a melhor configuracao da arquite-

tura, levantando questoes quantitativos e qualitativos da propagacao do sinal da rede, neste caso

buscando otimizar sua capacidade de formar enlaces de malha. Deste modo, alem das linhas pe-

rifericas que delimitam o alcance do sinal, analisou-se e demonstrou-se nos mapas os diagramas

de radiacao das caracterısticas de cada antena. Demonstrando a direcionalidade e abrangencia de

cada uma, porem sem considerar os obstaculos.

Na figura 4.12 tem-se a representacao do diagrama de irradiacao de cada uma

das antenas utilizadas para a execucao dos testes no Hospital Dona Helena. Pode-se verificar

o aspecto de diretividade empregado pelo modelo da antena setorial e o azimute proporcionado

pela antena modelo omni-direcional. O estudo destas duas caracterısticas e referente ao fato de

haverem ambientes que requeiram determinada orientacao, como os de resolucao externa, e outros

ambientes que requerem sinal propagado em todas as direcoes como e o caso da emergencia.

Entretanto, tambem leva-se em consideracao a necessidade de empregar-se setoriais no ambiente

do CDI, dado a capacidade de proliferacao do ruıdo harmonico deste ambiente como ja discutido

na secao 4.1.3.

Outra questao muito importante na composicao dos mapas e a definicao de limi-

tes de intensidade e qualidade do sinal, para a demarcacao do tracado/linha que forma a nuvem

de cobertura no mapa. Isto faz-se importante, considerando o uso de equipamentos homologados

para as amostras, definindo limites de tolerancia e erro. Portanto, para tal definicao utilizou-se

ındices de sensibilidade e potencia de equipamentos de maior popularidade e reconhecimento pela

ANATEL. Deste modo, pode-se generalizar os dados de forma a obter resultados/limites genericos

na maioria das vezes que este documento for utilizado como referencia.

Para esta definicao utilizou-se as especificacoes de cartoes de emissao de radio

frequencias da fabricante Proxim ORINOCO chipsets Atheros, assim como existem outras homologacoes

de marcas Avaya, Ubiqui e etc. Considerou-se para este estudo os padroes 802.11B e 802.11G com

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Figura 4.12: Diagrama de irradiacao horizontal das antenas utilizadas no hospital Dona Helena

ındice de potencia regulamentado de ate 600mW. Como especificado no documento referenciado,

este e um produto do mercado nacional considerado referencia de qualidade, e por isso decidiu-se

segui-lo. Por tanto, nele estao especificados os seguintes dados [Soares, 2006]:

A tabela 4.3 demonstra os nıveis de sensibilidade mınimas certificados para este

equipamento. Sendo assim, pode-se ver que para mantermos o padrao 802.11G fixado, exige-se

uma modulacao OFDM com 54Mbs para viabilizar uma serie de requisitos da rede, como crip-

tografia, autenticacao e capacidade de banda. Deste modo, para o caso Hospital Dona Helena,

considerou-se os 70dB‘s como margem de garantia de associacao no padrao 802.11G, aplicando

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Tabela 4.3: Dados referencia para homologacao de sensibilidade de equipamentos certificados ANATEL

Referencias de sensibilidade para equipamentos certificadosFaixa de Frequencia 2400 - 2484 MHZ

Modulacoes OFDM (6-54mb) 802.11g

CCK (11-5.5Mb) 802.11b

DQPSK (2Mb) 802.11b

DBPSK (1mb) 802.11b

Numero de Canais EUA 11 —— Universal 14

Potencia de saıda irradiada (Sem

antena)

400mW (26dBm) 1-24Mbps

251mW (24dBm) 36Mbps

159mW (22dbm) 48Mbps

126mW (21dBm) 54Mbps

Sensibilidade +/-0.9% 1Mbps -97dBm

2Mbps -96dBm

5.5Mbps -95dBm

6Mbps -94dBm

9Mbps -93dBm

11Mbps -92dBm

12Mbps -91dBm

18Mbps -90dBm

24Mbps -86dBm

36Mbps -83dBm

48Mbps -77dBm

54Mbps -70dBm

Compatibilidade Padroes 802.11B/G

Taxas de Transmissao 54,48,36,24,18,12,11, 5.5, 2 e 1Mb com Auto Fall-

Back

+/-10% de erro. Este e um dos fatores que garante a operacao no padrao G em 63dB‘s. Estes

-10% de erro foi atribuıdo, entre outras, em respeito a margem de interferencia oferecida pelos

proprios equipamentos de rede operando em faixas de frequencias vizinhas. Deste modo, qualquer

oscilacao de sinal pode gerar pequenos harmonicos que tem efeito de interferencia sobre outros

radios. Porem ainda deste modo requerendo a de viabilizar questoes qualitativas, como a analise

do SNR de cada ambiente e antena, para assegurar a permanencia de associatividade com este

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ganho limite. Deste modo, o limite de 63dB‘s foi definido para linear as nuvens de cobertura da

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rede. Sendo assim, o projeto da rede fara uso destes mapas para definir dispositivos e estrategias de

resolucao em que e tracado uma margem a partir do foco de radiacao e/ou orientacao diretiva, ate

as extremidades medido pelos limites de ganho do sinal. Deste modo efetivou-se a implementacao

dos mapas, de forma a facilitar a estudo. Nas partes das nuvens de cobertura onde o preenchimento

encontra-se mais forte e escuro, significa onde o sinal esta sendo mais forte e uniforme, de modo

que o preenchimento vai ficando mais suave a medida que distancia-se dos pontos de acesso ou

areas de ambiente aberto.

As legendas nos mapas servem de indicadores as referencias de pontos de acesso,

sendo assim no mapa final (proposta de solucao), apos as analise representando os lugares e tipos

de antenas onde deve-se proceder-se a instalacao. Deste modo foi constituıdo os mapas do Hospital

Dona Helena de modo criterioso, considerando aspectos de ambiente e tipos de antenas.

4.3.1 Leitura dos Mapas

Os mapas devem ser lidos/entendidos de acordo com as nuvens de referenciacao,

neles inseridos. As nuvens mapeiam os limites onde o sinal esta chegando, deste modo onde exis-

tem sobreposicao das nuvens significa que existe neste local uma interligacao dos nos no caso da

rede em malha. Sendo assim, pacotes de dados propagado ate este limite, consegue ser capturado

pelo outro radio devido a sua sensibilidade de recepcao, que amplifica este sinal para conseguir

abstraı-lo e alcanca-lo.

Deste modo, explica-se o caso de nao precisar-se propagar o sinal em transmissao

(Tx) o suficientemente para alcancar o radio receptor (Rx). Basta apenas que ambos comparti-

lhem um canal eletromagnetico e este seja livre de interferencias. Diz-se entao que a recepcao do

radio, tambem conhecida como ”Sensibilidade”, e tambem amplificada. E por estes motivos que

a especificacao de sensibilidade tambem deve fazer parte das informacoes para composicao das

malhas, como especificado na tabela 4.3.

Contudo, as informacoes retiradas dos mapas devem ser o mais abstraıdo possıvel,

haja visto que todo processo de analise neste momento ja fora realizado. Sendo assim, devera

ser considerada a coloracao das nuvens e o posicionamento do radio transmissor no mapa de

conclusao. De modo que as cores sirvam para diferenciar e demarcar os enlaces formados en-

tre os nos e as antenas simbolizadas por um ↑ setorial e um⊙

a antena omni-direcional. Para

esta constatacao, faz-se a demonstracao da analise dos mapas do Hospital Dona Helena, com a

descricao informativa nos processos de resolucao interna e externa. Utilizando mapas com antenas

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setorial e omni-direcionadas, para posteriormente a composicao de um unico mapa de conclusao.

4.3.2 Mapas do Hospital Dona Helena

Dentre todos os pavimentos estudados, os ambientes contidos no terreo dos

tres predios, foi expressivamente o ambiente mais heterogeneo encontrado em todo o hospital.

Nele estao contidos os mais significativos setores de Emergencia, CDI, Recepcao, Administracao,

Cozinha/Nutricao e Almoxarifado. Assim como neste ambiente, os testes consideraram sempre o

uso de dois radios transmissores e dois tipos de antenas, sendo tres antenas em numero porem uma

de mesma propriedade omni-direcional. Deste modo, as analises foram feitas de acordo com os

ambientes e pavimentos, e no final juntadas as conclusoes para definir-se os pontos de comunicacao

em malha.

4.3.2.1 Mapas Pavimento Terreo

O teste realizado com as antenas omni-direcionais, ofereceu bom espalhamento

do sinal, porem em alguns casos com pouca qualidade como pode-se analisar no mapa E.1. Em

especial no setor de emergencia (DH1.1.4) e pediatria (DH1.1.1), as antenas omni-direcionais

conseguiram abranger regioes maiores, dado que o ambiente e mais propicio ao espalhamento do

sinal. Existe neste local muitos corredores largos e constantemente abertos, aumentando a densi-

dade do sinal da antena omni-direcional. Por outro lado, a aplicacao das antenas omni-direcionais

no setor de CDI (DH2.1.2), nao foi nenhum pouco satisfatoria devido o alto ındice de ruıdo eletro-

magnetico capturado, como tratado na secao 4.4. Da mesma forma, o setor da recepcao (DH3.1.3),

administracao (DH3.1.6) e almoxarifado (DH2.1.7) nao suportaram bem esta antena pela grande

irradiacao para o exterior dos predios, incorrendo riscos de ataques a rede. Em outros casos, o

ambiente naturalmente era mais propıcio para estrategias de resolucoes direcionadas.

Com o emprego da antena setorial, como pode-se visualizar no mapa E.2 pode-

se perceber uma maior dificuldade de abrangencia em relacao a antena omni-direcional. Entre-

tanto, situacoes impostas pela caracterıstica dos ambientes tambem foram determinante no seu

uso. No caso do teste no setor do CDI (DH2.1.2) com pouca capacidades de espalhamento do

sinal, emergencia (DH1.1.4) e pediatria (DH1.1.1) com grande capacidade de espalhamento, esta

antena se demonstrou da mesma forma pouco abrangente, porem com sinal muito uniforme. Ja nos

setores de recepcao (DH3.1.3), almoxarifado (DH2.1.7), arquivo (DH2.1.9) e refeitorio (DH2.1.6),

existia a caracterıstica forte de diretividade, que proporcionou um bom experimento com esta an-

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tena, especialmente no ambiente de almoxarifado e refeitorio com estrategias externas. Contudo,

este tipo de antena demonstrou-se para este pavimento uma forma de resolucao cara, com a neces-

sidade do uso de multiplas antenas por radio para gerar maior abrangencia.

O mapa resultante das analises no pavimento terreo, figura E.3, demonstra todas

as consideracoes de constituir-se uma rede em malha, respeitando as caracterısticas dos ambientes

e empregando dispositivos da forma mais adequada. Deve-se relatar ainda, que neste caso as

antenas externas/setorial serviram para definicao de enlaces entre os andares, cuja especificacao

esta descrita no final desta secao.

Contudo, o ambiente terreo demonstrou-se de suma importancia para a formacao

da rede em malha, visto que o nucleo das atividades do Hospital Dona Helena encontra-se no

pavimento terreo. Deste modo, agora e visıvel as necessidades de enlace guiado, mesmo que em

certos lugares seja possıvel a formacao de enlaces entre andares.

4.3.2.2 Mapas do Primeiro Andar

No primeiro andar as atividades pejorativas sao as de obstetria e quartos de re-

pouso, alem das atividades das estacoes de atendimento, expurgo e recreio. Sendo assim, da mesma

forma como procedido no terreo aplica-se o uso de duas caracterısticas de antenas. De certa forma

o ambiente neste andar sugere duas estrategias de resolucao distintas. Numa situacao empregou-se

os nos nas esquinas, que por ventura sao totalmente interligados. E em outra situacao fazendo-se

uso do espaco aberto entre os blocos DH2 e DH3 como nas figuras 4.13, aproveitando-se da grande

capacidade de transposicao do sinal pelas grandes janelas. E outrora empregando-se celulas aos

corredores de maneira centralizada, assim tornando a abrangencia de um unico ponto de acesso

suficiente com o uso de divisores de potencia.

Na estrategia de emprego em esquinas com antenas omni-direcionais, como pode

ser visto na figura 4.14, da mesma forma como no ambiente terreo obteve-se boa abrangencia.

Entretanto os ındices qualitativos nao foram muito satisfatorios neste ensaio. Sendo assim, os

resultados desordenados desta abrangencia incorre riscos com a irradiacao do sinal para a rua entre

outros.

Neste mesmo mapa ilustrado na figura do Anexo-E.4, ha o emprego de uma

antena (nuvem verde) sobre o vao central dos blocos DH2 e DH3, neste caso os dispositivos

encontravam-se icados em uma haste maior, ao nıvel do piso do terceiro andar. Esta antena empre-

gada de modo centralizada, empregou uma abrangencia muito grande, inclusive entre os diferentes

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Figura 4.13: Local central entre os blocos DH2 e DH3, para posicionamento da antena Omni-direcional

Figura 4.14: Posicionamento de antenas nas esquinas

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andares. Alem disso, como de propriedade das antenas omni-direcionais, existe um grande espaco

aberto para a uniformizacao e espalhamento do espectro eletromagnetico, tornando o sinal bem

uniforme em toda sua abrangencia.

Na estrategia de emprego de antenas setoriais nas esquinas dos corredores do

primeiro andar, percebeu-se que o que era previsto nao satisfez as expectativas sobre a abrangencia

interna aos quartos. Deste modo o sinal se concentrou forte no corredor, porem muito irregular

quando internamente aos quartos, como pode ser analisado no mapa ilustrado na figura do Anexo-

E.5. Por outro lado, quando empregado a estrategia de posicionamento da antena setorial no centro

dos corredores, direcionada na diagonal do corredor e a parede dos quartos de orientacao externa

ao predio (nuvem azul do mapa do Anexo-E.5, DH3.2.5 e DH3.2.1). Sendo a antena empregada de

modo a considerar a utilizacao de duas antenas sentidos opostos, em uma mesma interface atraves

de divisor de potencia. Deste modo obteve-se grande abrangencia e uniformidade do sinal, mesmo

se considerando as perdas com a divisao de potencia.

No primeira andar encontrou-se portanto situacoes de boa aplicacao dos dois

tipos de antenas. Nele tambem foi satisfatoriamente integrado solucoes externas, seja direcional

ou omni-direcional com bons resultados de cobertura e uniformidade do sinal. Contudo, sugere-

se o emprego das estrategias de acordo com o mapa de proposta de solucao, ilustrado na figura

do Anexo-E.6. Deste modo empregando tipos diferentes de configuracoes de antenas como duas

setoriais em uma unica interface, omni-direcional externa e setorial externa.

Como viu-se no primeiro andar, os corredores tem caracterısticas que orientam

o sinal de certa forma, que dependendo do tipo da antena e modo de aplicacao nao se viabiliza o

espalhamento do sinal. Sendo assim, na proposta de resolucao ilustrada no Anexo-E.6 procurou-

se utilizar estas caracterısticas para contemplar a rede de maneira menos agressiva, valendo-se de

aberturas, portas de madeira largas, entre outros. Sendo assim, e analiticamente igual a forma como

deve-se tratar estes criterios para os andares superiores, exceto o centro cirurgico, que possuem as

mesmas caracterısticas.

4.3.2.3 Mapas do Segundo Andar

Os ambientes no segundo andar do Hospital Dona Helena, sao os que apresen-

tam maior uniformidade eletromagnetica em relacao aos outros setores. Isto ocorre pelo fato das

salas serem exclusivamente quartos de recuperacao e com isso nao portando muitos equipamentos

interferentes e obstaculos adversos. Desta forma, pode-se perceber que ambas as estrategias de

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resolucao, com os dois tipos de antenas foi bastante satisfatorio

Com a utilizacao das antenas omni-direcionais, como pode-se visualizar a cons-

tituicao do mapa na figura do Anexo-E.7, proporcionou muita abrangencia nestes setores. Entre-

tanto, a utilizacao da antena omni-direcional no centro, entre os predios RH2 e RH3, proporcionou

o melhoramento do espalhamento do sinal nesta area, devido sua altitude na haste estar justaposta

ao nıvel do segundo andar. Contudo, para as outras antenas, como no primeiro andar e terreo,

ofereceu bastante abrangencia e com isso elevou os limites de conectividade para o exterior do

predio, colocando a integridade dos dados trafegados nesta rede em risco.

Ja com a utilizacao das antenas setoriais, o efeito do comportamento foi pare-

cido com o do primeiro andar. Deste modo oferecendo um melhor controle do sinal neste ambi-

ente, concentrando o sinal em determinadas direcoes, aumentando a sensibilidade dos dispositivos

e oferecendo um menor ındice de interferencias com os demais nos da malha. Entretanto nestas

antenas existe a possibilidade da aplicacao alternativa de divisores de potencia. Este metodo de

ligacao economizaria uma interface de radio em cada um dos casos, provocando uma diminuicao

no numero de dispositivos necessarios e de gerenciamento de infraestrutura. Entretanto, embora

estes divisores de potencia, reparta a potencia de irradiacao de uma interface do radio nas duas an-

tenas, pode-se proceder para estes locais a especificacao de um radio transmissor de maior potencia

como forma de amenizar este efeito. Contudo, e possıvel assegurar que com o uso destes divisores

a perda de potencia provoca menos efeitos ruins na rede do que o emprego de antenas omni-

direcionais [Earle, 2006].

Contudo, mesmo com a utilizacao de antenas setoriais posicionadas como na

figura do Anexo-E.9, que ilustra um mapa de proposta de solucao. Qualquer forma o posiciona-

mento destas antenas centralizadas aos corredores garantiu maior controle das radio frequencias e

qualidade do sinal do que em relacao as antenas setoriais, entre outras com o emprego de maior

controle de limitacoes do sinal sobre o domınio das dependencias do hospital.

4.3.2.4 Mapas do Terceiro Andar

O terceiro andar e essencialmente composto pelas alas do centro cirurgico e a

UTI. Deste modo, tanto o centro cirurgico como a UTI possuem espacos abertos e sem muitas

reparticoes. Sendo assim facilitado o espalhamento de sinal por quaisquer forma de irradiacao,

favorecendo neste caso a estrategia de resolucao interna. Haja visto neste ambiente um numero

grande de equipamentos sendo transportados e que por ventura geram harmonicos interferentes na

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rede, como desfibriladores, aquecedores eletricos, Refletores cirurgicos (UV), como pode ser visto

na figura 4.15.

Figura 4.15: Site do centro cirurgico

Com isto, imagina-se a possibilidade alta de oscilacao na rede devido a captacao

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excessiva de ruıdo. Sendo assim, fica sendo medida de cautela o emprego de antenas setoriais, por

motivos ja discutidos sobre sensibilidade em RUIDO X TIPO ANTENA. Esta reflexao tambem

e valida para o ambiente de UTI, contudo ressaltando neste ambiente outro problema sobre o

domınio de propagacao do sinal para areas externas ao hospital.

Assim como nos outros andares, a antena omni-direcional foi mais abrangente

porem pouco uniforme para o espalhamento de sinal. Sendo assim o mapa ilustrado na figura do

Anexo-E.10 retra a facil utilizacao de antenas setoriais no ambiente do centro cirurgico, promo-

vendo assim grande abrangencia tal como a omni-direcional estudada na figura do Anexo-E.11.

Deste modo, pode visualizar o mapa da figura no Anexo-E.12, com a configura-

cao/emprego do conjunto de 5 ou 4 antenas, com o opcional de divisor de potencia, que melhor

satisfazem a cobertura dos ambientes do terceiro andar. Neste caso, utilizando-se dois canais

de enlace com os outros andares atraves das antenas, omni-direcional entre o DH2 e DH3 e a

setorial externa. Estas duas antenas tambem portam a capacidade de enlace guiado ao backbone,

aumentando assim a seguranca e performance da rede.

4.3.2.5 Mapas do Quarto Andar

O quarto andar e o ambiente onde encontra-se o laboratorio. Neste caso a dispo-

sicao do predio, paredes e altitude dificulta um pouco a contemplacao do enlace sem fio da malha

para este ambiente. Entretanto, ha um unico ponto, ainda que de sinal fraco, que pode servir de

enlace para a malha, sendo o ponto da antena omni-direcional entre os blocos DH2 e DH3. Porem,

o ambiente do quarto andar nao possui paredes de alvenaria, sendo apenas constituıdo de divisorias

em meia parede e vidro, o que favorece o espalhamento do sinal. Na figura do mapa no Anexo-

E.13 verifica-se um teste com a antena omni-direcional que satisfez grande parte do setor inteiro.

Desta forma, como nao existem regras que impoem a necessidade de laboratorios nos hospitais,

para que este possua esta titulacao. Nao procede-se uma analise tao minuciosa destes ambientes

em relacao a concepcao de uma malha de rede sem fio generica para hospitais em geral.

Contudo, por tratar-se de um ambiente simples, pequeno e sem muitos obstaculos

realizou-se testes e analises que indicaram o mapa da figura no Anexo-E.14. Sendo assim, este

encontra-se facilmente coberto pela malha de rede sem fio, porem apenas com enlace sem fio em

um ponto. De modo que qualquer aplicacao que requisite bastante banda e seguranca de disponi-

bilidade, devera demandar o enlace guiado do ponto de acesso ate a saıda de internet ou servidores

de aplicacao.

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4.4 Efeitos anomalos encontrados

Na contemplacao das medicoes de site survey dos cinco pavimentos, dedicou-se

especial atencao a um fato anormal encontrado no setor do CDI. Trata-se da possıvel ocorrencia de

surtos na rede, decorrente de harmonicos gerados pela grande concentracao de equipamentos de

Ressonancia, Raio-X, Hemodinamica e Ultrasson. Em analise, foi solicitado que em determinados

momentos fossem feitos disparos de Raio-X para que se pude-se analisar o espectro da rede sem

fio. Os disparos do Raio-X podem ser efetuados em um perıodo maximo de ate 30 segundos cada,

sendo diferente dos equipamentos de ressonancia que disparam intermitentemente.

Figura 4.16: Analise de influencia por harmonicos na rede sem fio

Para o procedimento de analise foi acionado o transmissor da rede sem fio em lu-

gar privilegiado a ruıdos vindos do setor de Raio-X, posicionado entre duas salas de procedimento

e em frente a outra, como pode ser visto na figura 4.16. O analisador utilizado foi o software

Network Stumbler atraves de uma interface de rede sem fio em um PC Laptop DELL Inspiron

6000. O computador foi colocado sobre uma bancada na sala de comando, proximo a sala de pro-

cedimento, porem fora da gaiola de faraday. O disparo foi dado sobre orientacoes do analisador,

tal como a hora de efetivacao para nao haver possıveis interferencias indesejaveis, invalidando o

experimento.

Na figura 4.17 verifica-se as condicoes normais de operacao da rede instantes

antes do disparo. A rede a pesar de pequenas oscilacoes, aparenta-se estavel. Ja na figura 4.18,

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Figura 4.17: Condicoes normais de operacao da rede

Figura 4.18: Analise de 30 Segundos de disparo de Raio-X

demonstra-se o momento que e efetuado o disparo de 30 segundos, comecando as 15:33:00hrs e

terminando em 15:33:30hrs como pode ser analisado na figura. Neste perıodo pode-se observar que

a rede apresenta muitos disturbios, o que e incomum se avaliado que nem sequer fora tocado em

equipamentos neste perıodo de medicao. Sendo assim, comprovou-se que e preponderante o efeito

de ruıdo sobre a rede sem fio nesta ala. Deste modo, deve-se proceder medidas para amenizar estes

efeitos, como por exemplo a utilizacao de antenas setoriais, posicionamento correto das antenas e

utilizacao de arquiteturas de malha hıbridas quando for o caso.

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4.5 Definicao de Composicao de Mapas para Ambientes Hos-

pitalares Genericos

Como nos casos estudados do Hospital Dona Helena, percebe-se que existem

atividades rotineiras para a composicao dos mapas que sao relevantes de serem mencionados.

Para tanto, o uso de informacoes corretas dos ambientes hospitalares sao vitais para analisar-se o

comportamento eletromagnetico no ambiente. Isto se comprova pela tendencia natural dos predios

hospitalares serem muito heterogeneos, cheio de caminhos e salas especıficas nos lugares mais

improprios possıveis.

Com isso, um bom levantamento eletromagnetico comeca sempre com a formulacao

do questionario de pre-site survey. Este questionario busca informacoes especıficas dos ambientes

a serem estudados e por isso pode ser generalizado visto as previsoes de infraestrutura para am-

bientes hospitalares. Deste modo, e importante observar que o setor de CDI possui naturalmente

muitos disturbios decorrentes de reflexoes gerado pelas paredes blindadas e harmonicos gerados

proximo as faixas de frequencia da rede sem fio, naturalmente gerando ruıdo. Este fato requer

que o mapa deste ambiente seja composto impreterivelmente sobre as analises de ruıdo e SNR do

ambiente, e nao somente pelo fator de amplitude do sinal.

E perfeitamente natural aceitar que hospitais possuam uma arquitetura organiza-

tional aparentemente desorganizada. Isto ocorre pela necessidade de descentralizar-se os recursos

para que possam serem empregados da maneira mais imediata possıvel em casos de necessidade.

Esta caracterıstica e bastante encontrada nos setores de emergencia e UTI. Entretanto, o que na-

turalmente acontece e que esta sinergia em busca da arquitetura melhor de prestacao de servicos

pela vida, altera os ambientes muito rapidamente. E com isso muitas vezes restam resquıcios desta

mudanca nos elementos que constituem paredes e lajes.

E sabido portanto que para um perfeito espalhamento de sinal deve-se minimizar

os efeitos dos obstaculos. Entretanto o maior obstaculo nos hospitais sao as paredes, que natu-

ralmente atuam como bloqueantes do sinal em escala logarıtmica chegando a ter de mais de 10%

de atenuacao para as primeiras paredes. Portanto e importante investigar, ja no questionario do

site survey, sobre o historico de alteracoes do hospital, principalmente ambientes de ressonancia

e Raio-X. Normalmente nao se documenta as alteracoes das plantas dos hospitais, portanto e ne-

cessario muitas vezes buscar informacoes com as pessoas veteranas do hospital. Onde natural-

mente existem casos de dedicacao, fidelidade ou irmandade de pessoas mais velhas e por isso

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melhores informadas sobre a possıvel existencia de produtos de contencao nas paredes, bem como

alteracoes de planta.

Como no caso vivenciado no estudo do setor de CDI do Hospital Dona Helena.

Os resquıcios de uma mudanca de salas de Raio-X permaneceram nas paredes de atuais con-

sultorios, impedindo que os sinais da rede sem fio chegasse uniforme a estes consultorios. Pior

ainda, foi detectar casos de falso positivos nestes ambientes, decorrente da grande reflexividade

das paredes, estarem gerando ruıdos e impressao de sinal forte erroneamente. Deste modo, so-

mente na contemplacao do mapa deste local percebeu-se anomalias e buscou-se investigar o que

estava acontecendo, e encontrou-se as respostas com um senhor que vivenciara boa parte da vida

deste hospital. Tratava-se de elementos como Bario, Niobio e Cadio inserido na massa das paredes

antigamente, com o objetivo de vedar a passagem de altas e medias frequencias.

Existem particularidades de arquiteturas que variam de hospital para hospital, no

entanto deve-se proceder a definicao dos mapas de conclusao sempre prezando pela seguranca e

integridade da rede. Deste modo, sempre orientando o uso de antenas proprias para cada caso de

maneira a evitar que o sinal da rede saia do domınio do predio do hospital.

Ha casos em que a topologia da rede e pre-determinante para a eficiencia de mui-

tos servicos. Sabe-se tambem que redes sem fio facilitam o enlace de multiplos dispositivos, nao

importando sua localizacao geografica. Sendo assim, se for analisar os mapas hospitalares que vao

sendo compostos. Requerem no mınimo emprego de aplicacoes com requisito de mobilidade por

exemplo, com isso e perceptıvel a necessidade de interposicao das nuvens de radiacao para existir

a garantia de disponibilidade de servico. Desta forma nao fica faltando absolutamente nada para

que estes elementos se comuniquem tambem pela interface sem fio, constituindo assim uma ma-

lha. Hora, pode-se analisar em qualquer mapa que o inconveniente e realizado involuntariamente,

entao deve-se orientar na documentacao do projeto, tecnicas e possıveis enlaces que poderao ser

realizados pela interface sem fio, no intuito de otimizar este pequeno problema. Deste modo, a

topologia em malha se aplica a todas as situacoes, entao deve-se aproveitar os recursos extras das

malhas, como de balanceamento de cargas, disponibilidade e performance para grupos de QoS

para contemplar projetos de redes unificadas nos hospitais.

Por fim, a delineacao das margens dos sıtios eletromagneticos propagados pelo

radio transmissor, deve ser constituıda baseada nos ındices de sensibilidade de cada tipo de equi-

pamento que sera empregado. Com isso e sabido que equipamentos que operam em 5.8Ghz tem

menor sensibilidade e exigem uma amplitude de sinal superior a de equipamentos em 2.4Ghz, para

operar corretamente. No entanto, os ındices adotados para este documento e os casos do Hospital

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em questao, basearam-se nas necessidades de 2.4Ghz e das homologacoes de produtos de quali-

dades superiores. Contudo, primeiro investiga-se o negocio e a partir daı busca-se viabilidades

especificas para as necessidades e equipamentos que realmente serao empregados na rede, como o

que foi descrito para o caso do Hospital Dona Helena.

4.6 Consideracoes Finais

Este capıtulo em consideracao a todas as teorias estudadas, comprovou-se muitos

fatos e descobriu-se novos efeitos sobre as redes sem fio. Sobretudo, especificou-se neste capıtulo

as tecnicas para se alcancar a perfeita contemplacao de uma rede malha. Objetivando o uso da

topologia em malha, e validando com um estudo de viabilidade no ambiente de testes cedido pelo

Hospital Dona Helena.

Dados os testes realizados no Hospital em questao, buscou-se definir metodos,

procedimentos e informacoes novas e agregar as tecnicas conhecidas de site survey para estudos

especıficos e contemplacao de mapas para referenciacao eletromagnetica de Hospitais em geral.

Comparando os efeitos e anomalias com casos que tambem serao encontrados em outros Hospitais,

de qualquer tipo ou arquitetura predial.

Pode-se concluir que grande parte dos hospitais poderao ser satisfeitos na contemplacao

de rede sem fio, a partir deste modelo de site survey testado no Hospital Dona Helena. Entretanto,

seguindo ou nao as recomendacoes de topologia em malha. Espera-se, que com este trabalho reali-

zado no hospital, seja retratada as condicoes de emprego de mobilidade nos ambientes hospitalares.

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Capıtulo 5

Consideracoes Finais

Diante de arquiteturas de redes cada vez mais abrangentes, a concepcao de in-

fraestruturas de malha de rede sem fio esta propondo cada vez mais recursos de largura de banda,

estabilidade e mobilidade. Este trabalho teve como objetivo principal propor uma infraestrutura

de rede sem fio em malha para os ambientes hospitalares. Sendo assim, foram realizadas todas as

etapas definidas no plano do projeto com o intuito de formalizacao de uma infraestrutura generica

para os ambientes hospitalares.

Na fase inicial do projeto buscou-se o conhecimento de tecnologias, bem como

explorar padroes para obter melhores servicos hospitalares, enfatizando e buscando informacoes

que viabilizassem o emprego de redes de topologia em malha. Sabendo que existem regras que

definem os escopos de hospitais, fez-se entao uma analogia dos equipamentos e ambientes comu-

mente encontrados, para assim poder prever aplicacoes e possıveis problemas com interferencias,

bem como certificar-se da possibilidade de operacao destes dispositivos sem afetar o funciona-

mento de equipamentos clınicos.

Do estudo das regras que regem os ambientes hospitalares, pode-se mapear se-

tores, buscando-se definir pelo numero de leitos e infraestrutura de equipamentos a abrangencia

da rede. Estas informacoes sao importantes pelo fato de definir-se o escopo onde a rede deve ser

aplicada, bem como nortear novos aspectos tecnologicos para definicao de padroes de sistemas

de diagnostico com suporte a mobilidade por exemplo. Deste modo, objetivando-se viabilizar a

malha de rede sem fio varias analises de campo foram realizadas.

Entre estas analises esta a do Site Survey, que e uma tecnica de se referenciar

as caracterısticas eletromagneticas dos ambientes atraves de equipamentos parecidos com os que

irao compor a rede. Esta analise proporciona que sejam testados varios tipos de antenas e radios

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transmissores para os ambientes, possibilitando que sejam mapeados os pontos exatos de posicio-

namento e orientacao dos pontos de acesso.

Um fator predominante no sucesso do comprimento desta analise foi o campo de

prova obtido junto ao Hospital Dona Helena. Neste hospital foi realizado as etapas de Site Survey,

aplicando-se procedimentos especıficos anteriormente desenvolvido para as atividades em hospi-

tais. Destes procedimentos, pelo fato do hospital em questao prover caracterısticas especıficas,

viabilizou-se os testes empregando-se duas estrategias distintas de solucao, externa e interna aos

predios. Desta forma as amostras retiradas do campo de prova, comporao os mapas que delineiam

o comportamento eletromagnetico de cada ambiente analisado. Estes dados podem entao ser uti-

lizados para prever o comportamento da rede e realizar o correto emprego de antenas e radios

transmissores.

Diante de toda as analises pode-se concluir que o emprego da topologia em ma-

lha e algo realmente vantajoso no ambiente hospitalar em comparacao com as outras topologias.

Isto porque, grande parte dos problemas vivenciados pelas outras arquiteturas tambem sao enfren-

tadas pelas redes em malha. Sendo assim, a malha por natureza proporciona um maior suporte a

aplicacoes como mobilidade e VoIP, visto sua grande capacidade de balancear cargas e gerenciar

grupos de QoS. Contudo, faz-se necessario para isso uma correta disposicao de equipamentos e

divisao de pontos de enlace guiado de maneira estrategica para evitar gargalos.

Em estudo, pode-se definir tres tipos de malha para o ambiente hospitalar, as

malhas de unica interface, de multiplas interfaces ou hıbridas. Entretanto em estudo sobre os

efeitos de harmonicos gerados pelas salas de Raio-X e Ressonancia, pode-se perceber o problema

que seria ter-se uma malha de interface unica neste ambiente, visto que haveria proliferacao de

ruıdo por toda a rede. Deste modo julgou-se conveniente o emprego de redes em malhas hıbridas,

servindo assim nestes ambientes para isolar os problemas provenientes desta natureza.

A respeito de modelos genericos para a especificacao de redes hospitalares, ficou

bem claro que embora os hospitais possuam setores em comum, sua arquitetura predial dificilmente

sera parecida. Com isso, pode-se definir regras de referenciacao genericas para os questionarios

de Site Survey, considerando a existencia de setores especıficos e atividades em comum entre os

hospitais. Contudo, foi sobre o ponto de vista das atividades dos setores que buscou-se viabilidade

dos procedimentos de Pre-site Survey no campo de prova do Hospital Dona Helena.

Diante dos objetivos do trabalho, algumas dificuldades tornaram o inıcio desta

primeira parte do projeto um pouco custosa. Primeiramente a inexperiencia de editoracao de tra-

balhos cientıficos e a adaptacao a ferramentas para o escrever, dificultou a escrita didatica no

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capıtulo que trata das tecnologias. Este fato foi amenizado, e subsequentemente a este problema

encontraram-se outros obstaculos que diziam respeito ao campo de analise clınica (que depois de

certo tempo foi gentilmente incorporado pelo Hospital Dona Helena).

Dentre as principais dificuldades encontradas para concepcao do projeto em si,

a problematica de nao poder-se testar todos os quartos e salas no campo de prova do Hospital

Dona Helena foi um grande obstaculo que teve que ser superado. Para superar isso, procedeu-se

tirando medidas dos quartos que havia disponibilidade e por similaridades e outros criterios, como

o posicionamento de antenas, definiu-se o comportamento nos quartos faltantes. Este problema

ocorreu pelo fato de estarmos seguindo o regimento do Hospital Dona Helena, de nao perturbar

o ambiente de recuperacao de doentes e/ou ambientes em procedimentos medicos, sendo a unica

restricao imposta.

Os objetivos que nortearam este projeto foram alcancados sobre diferentes as-

pectos e momentos. Houve perıodos de estudo teoricos intensos e outros em que a pratica predo-

minou. Questoes cientıficas como as da analise de anomalias eletromagneticas no setor do CDI,

foram extremamente determinısticas na definicao da arquitetura da rede. Foram destas analises

que se chegou as conclusoes principais sobre a proliferacao de ruıdos e sinais reflexivos, deter-

minando as necessidades posteriormente solucionadas pela proposta de emprego de uma malha

hospitalar hıbrida. Deste modo, a conceitualizacao da malha hospitalar foi realizada de maneira

muito cautelosa a partir das teorias estudadas e das analises praticas no Hospital Dona Helena.

Contudo, a partir deste projeto espera-se cativar a vontade dos leitores para a

busca solucoes sobre este tipo de malha. Haja visto que mobilidade e uma tendencia nos hospitais,

com a crescente necessidade de ramais moveis e dos diagnosticos por imagem em dispositivos

portateis. Deste modo, tambem buscando recursos de amplitudes urbanas, como em ambulancias

por exemplo. Para isso desenvolvendo pesquisas como e a partir desta que foi desenvolvida, no

objetivo prover tecnologia em servico da humanidade.

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Apendice A

Protocolos de acesso ao meio de transmissao

sem fios

Sobre a questao de acesso ao meio de transmissao sem fios existe a preocupacao

com a determinacao do uso dos canais em tempos gerenciaveis, no entanto mesmo dispositivos

que nao fazem parte da rede podem interferir no processo de comunicacao e causar colisoes in-

desejadas com pacotes autenticos da rede[Leary, 2003]. No protocolo CSMA/CD (Carrier Sense

Multiple Access / Collision Detection), usado em redes locais guiadas do IEEE 802.3, assume-se

que todas as estacoes podem ”escutar”umas as outras, porem limitadas fisicamente. O meio de

transmissao sem fio, entretanto, possui algumas limitacoes que impedem a utilizacao de algumas

destas tecnicas, incluindo a deteccao de colisao utilizada no protocolo CSMA/CD. Contudo exis-

tem varios modelos de controle de acesso, por exemplo o TDMA/RPAC com alocacao fixa, MSAP

com polling e o MSSP com priorizacao de mensagens. Porem neste documento sera demons-

trado o modelo funcional do protocolo que melhor se adapta a varias tecnologias e topologias, o

CSMA/CA, [Cisco, 2000][Otero, 2004].

A.0.1 CSMA/CA

Estando sujeito a colisoes, o padrao IEEE 802.11 adotou tecnicas para evitar

colisoes, criando o protocolo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)

[Gast, 2002]. No sentido de solucionar o problema das colisoes o IEEE 802.11 usa o mecanismo

CSMA/CA juntamente com um esquema de reconhecimento do dispositivo. Para isso baseia-se

principalmente em um esquema de acesso aleatorio utilizando a tecnica de deteccao de portadora1

1Portadora: Se o meio esta disponıvel/portavel ao uso

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para aumentar a eficiencia do acesso ao meio [Otero, 2004] [Leary, 2003].

O padrao CSMA/CA preve dois modos basicos de operacao o DCF (Distributed

Coordination Function), que utiliza o metodo de acesso aleatorio, e o PCF (Point Coordination

Function), que utiliza o metodo de pooling (escolha de transmissao). A implementacao do polling2

se da atraves de camadas implementadas em cima do modo DCF, que define o acesso basico ao

meio, e que por sua vez funciona sobre o protocolo CSMA/CA especificado em 2.2.2. Estas opcoes

dao origem aos seguintes metodos de acesso [Otero, 2004]:

• DFWMAC-DCF basico utilizando CSMA/CA;

• DFWMAC-DCF Com extensao RTS/CTS (request-to-send/clear-to-send);

• DFWMAC-PCF utilizando polling

Diante das caracterısticas de cada modelo, a coexistencia entre ambos metodos

pode fazer-se necessaria, por questoes de portabilidade dos protocolos. No entanto a tecnica em-

pregada fica definida pela especificacao de cada protocolo, no contexto de arquitetura da rede

e das necessidades e caracterısticas de comunicacao desejaveis. O modelo DCF, por empregar

tecnicas de gerenciamento distribuıdo pode ser aplicado em qualquer forma de comunicacao entre

dispositivos, enquanto o modelo PCF por necessitar de um elemento gerenciador restringe-se a

ser empregado somente em modelos de infraestrutura [Otero, 2004] [Gast, 2002]. Outras tecno-

logias de controle de acesso sao descritos nos proximos tres paragrafos de modo a demonstrar o

comparativo feito neste estudo.

Contudo, atraves destes mecanismos de controle de acesso pode-se definir varias

formas de dispor elementos em uma arquitetura de rede de modo a maximizar a eficiencia do uso

da mesma [Otero, 2004]. Porem existem particularidades que dizem respeito a cada aplicacao,

dependendo exclusivamente da necessidade de relacionamento entre estes dispositivos, definindo

assim a topologia ideal para cada caso.

2Elege um mestre para sua conexao

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Apendice B

Conceitos Basicos de Qualidade de Servico

Com o advento das redes sem fio e a crescente mobilidade empregada aos dis-

positivos de rede, cresce tambem a necessidade de garantias de qualidade dos servicos oferecidos

na rede [Samaras, 1998][Ganz, 2003]. Alguns servicos de redes sem fio consistem em transmitir

informacoes multimıdia, como voz, vıdeo e dados. Estas aplicacoes requerem um tratamento

especial com relacao a qualidade destes servicos (QoS - Quality of Service) requisitados, caso

determinados parametros de QoS nao sejam respeitados os dados trafegados podem perder validade

a nıvel temporal ou simplesmente serem corrompidos pelo elemento transmissor.

A quantidade de informacoes transmitidas em determinados quadros de tempo,

tornam as aplicacoes crıticas em disputa pelo meio, impedindo o correto entendimento das men-

sagens e tornando o acesso ao meio ineficiente. Contudo, QoS e um conceito bem amplo, e que

pode ser aplicado a qualquer camada do ambiente de rede em questao, incluindo a camada fısica,

a camada de acesso ao meio (MAC) e a camada de rede.

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Apendice C

Plano de Trabalho de Conclusao de Curso

Uma Infraestrutura de Rede sem Fio para

Ambientes clınico-Hospitalares

Robson Eli Strobel - [email protected]

Orientador: Charles Christian Miers - [email protected]

Co-Orientador: Ricardo Ferreira Martins - [email protected]

Resumo - Trata-se de uma parte de um projeto maior que visa o melhor atendimento de pacientes que dao

entrada em um hospital, e que necessitem serem atendidos com certa urgencia ou meramente monitorados

em seus domicılios. Para tanto, o foco deste projeto esta voltado para a definicao da infraestrutura

necessaria entre dispositivos medicos, como LapTops, PalmTops entre outros, que possam coletar, trafegar

ou armazenar informacoes clınicas. Este projeto dara enfase aos dispositivos moveis bem como ter a

capacidade de prover comunicacao entre equipes medicas, ambulancias e pacientes sobre uma

infraestrutura de rede sem fio capaz de comportar tanto os ambientes internos como externos aos hospitais.

Palavras-chave: Redes sem Fio, Redes em Malha, Protocolo Mesh, Acesso Remoto, Controles Remotos,

Pontos de Acesso, Microcontroladores.

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Apendice D

Alteracoes no Plano do Projeto

Uma Infraestrutura de Rede sem Fio para Ambientes clınico-Hospitalares

Dada as circunstancias avaliadas sobre o disposto na parte inicial deste projeto (TCC-I), julgou-se

conveniente efetuarem-se alteracoes no plano do projeto. Estas alteracoes estao sendo sugeridas

pelo fato de diante da realidade e sensibilidade dos mecanismos e processos que ocorrem nos

hospitais, necessita-se uma grande coerencia/consolidacao de ferramentas e tecnologias para

aplicacoes em infraestruturas hospitalares. Contudo, os estudos realizados na primeira parte deste

projeto, inviabilizam algumas etapas e requerem outras, principalmente as que diziam respeito ao

servico proposto externamente ao hospital, compostas no plano e expostas neste documento:

• Re-definicao do contexto externo aos hospitais para serem atendidos por infraestrutura ja existentes de

comunicacao celular;

• Remocao de etapas que previam controles viarios e infraestrutura publica externa ao hospital;

• Remocao de etapa para a especificacao de mecanismos para adequar antenas/equipamentos sem fio nas

ambulancias;

• Remocao de etapa para especificacao de metodos de alimentacao dos pontos de acesso;

• Insercao de etapa para conceitualizacao de Site Survey;

• Insercao de etapa para definicao de campo de prova de conceito no Hospital Dona Helena;

• Insercao de etapa para realizacao do Site Survey no Hospital Dona Helena;

• Insercao de etapa para confeccao dos Mapas gerados para Hospital Dona Helena com estudo e cruzamento de

dados com modelos de predicao previsto no capitulo 2.

CharlesChristianMiers RobsonEliStrobel

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Apendice E

Mapas

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Figura E.1: Mapa de antenas omni-direcionais na pavimento terreo

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Figura E.2: Mapa de antenas Setoriais na pavimento terreo

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Figura E.3: Proposta de orientacao eletromagnetica para o Pavimento Terreo

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Figura E.4: Mapeamento eletromagnetico Omni-direcional do Primeiro Andar

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Figura E.5: Mapeamento eletromagnetico Setorial do Primeiro Andar

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Figura E.6: Proposta de solucao para o Primeiro Andar

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Figura E.7: Mapa de antenas omni-direcionais no Segundo Andar

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Figura E.8: Mapa de antenas Setoriais no Segundo andar

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Figura E.9: Proposta de orientacao eletromagnetica para o segundo andar

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Figura E.10: Mapa de antenas Setoriais no Terceiro Andar

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Figura E.11: Mapa de antenas omni-direcionais no Terceiro Andar

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Figura E.12: Proposta de orientacao eletromagnetica para o Terceiro Andar

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Figura E.13: Mapa de antenas omni-direcionais no Quarto Andar

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Figura E.14: Proposta de orientacao eletromagnetica para o Quarto Andar

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Apendice F

Procedimentos Site Survey

Dado o estudo dos ambientes e dispositivos, deve-se proceder a execucao das atividades do Site

Survey a fim de mapear as areas de cobertura e os locais de ponto de acesso. Normalmente os

ambientes hospitalares requerem que estas operacoes sejam executadas de maneira discreta.

Portanto, isto requer que os componentes das equipes devem estar orientados e treinados em suas

funcoes, de modo a minimizar contratempos (Haja visto as 2hrs de disponibilidade) e nao

interferir nos processos hospitalares. Contudo, elaborou-se um conjunto de procedimentos que

devem ser seguidos para a plena execucao deste teste, considerando uma equipe formada por tres

integrantes:

Componente-I - Responsavel pelo manejo/posicionamento dos equipamentos de emissao do

sinal (Tripe, Antena, Radio e Energia)

1. Energizar o equipamento de radio atraves de extensoes (Verificar Voltagen);

2. Proceder o posicionamento e direcionamento da antena, como definido pelo Componente-II;

3. Quando solicitado pelo Componente-III, proceder a troca do conector/pigtail, comutando entre an-

tenas diferentes;

4. Transportar equipamentos

Componente-II - Responsavel pela marcacao dos pontos no mapa. Devera marcar o local do

ponto de acesso e a cobertura que este proporcionou

1. Proceder a medicao/area do site, em m2;

2. Definir o ponto de fixacao do radio transmissor;

3. Orientar o posicionamento dos equipamentos, e descrever o sentido de foco da antena no mapa (seta);

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4. Fazer a marcacao dos pontos no mapa, mediante a medicao efetuada pelo Componente-III e ao final

do site, riscar as linhas de cada site (cores diferentes entre sites vizinhos);

Componente-III - Responsavel por responder o questionario e efetuar a medicao do sinal atraves

do software Network Stumbler, sobre a orientacao do Componente-II

1. Proceder a resposta do questionario para cada ala (como descrito nos mapas);

2. Fazer a medicao dos sites, considerando nıveis de sinal de ate -55dBi;

3. Salvar o grafico de medicao de cada site, com o nome como na legenda;

4. Levantar comportamentos anormais de espalhamento do sinal, e citar possıveis causas (estruturas,

dispositivos irradiantes...etc);

5. Auxiliar na manutencao/transporte dos equipamentos.

Para a finalizacao do site de uma determinada ala, os componentes deveram se locomover ao centro de

gerencia, evitando transportar equipamentos sem necessidade. Deverao receber instrucoes do supervisor do

hospital ................................, sobre como proceder na proxima Ala. Tambem devera ser organizado os

documentos dos mapas, grampeando-os e colocando-os em ordem nos envelopes demarcados por predios e

andares.

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Apendice G

Relacao Pre-Site Survey

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Apendice H

Planta Baixa do Pavimento Terreo

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Figura H.1: Planta baixa do pavimento terreo

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